Für sich genommen ist ein Europäischer Star unauffällig. Es ist ein kleiner, dicker Vogel mit dunklem Gefieder und einem scharfen, spitzen Schnabel. Du hast sie gesehen. Sie sind praktisch überall. Allein in Nordamerika gibt es mehr als 200 Millionen davon. Sie zwitschern ihre kleinen Lieder und ärgern Hinterhofgärtner und Vollzeitbauern gleichermaßen.
Gemeinsam verwandeln sie sich jedoch.
Im Flug, in Schwärmen, die Hunderttausende umfassen können, werden sie zu etwas ganz anderem. Ein Murmeln ist ein atemberaubendes Wunder. Es ist ein pulsierendes, schwebendes, lebendiges Ganzes. Es scheint den Naturgesetzen zu trotzen, während es es definiert.
Wenn man einem zuschaut, erlebt man aus erster Hand die Kraft und das Geheimnis der natürlichen Welt.
„Ich denke, dass das Kerngefühl ein Gefühl der Ehrfurcht ist“, sagt Mario Pesendorfer, Postdoktorand am Institut für Waldökologie der Universität für Bodenkultur Wien. „Der räumliche Maßstab von etwas, das sich sehr schnell bewegt – wozu wir überhaupt nicht in der Lage sind – und die visuellen Muster, die entstehen, wenn viele Menschen dasselbe tun … faszinieren uns wirklich.“
Für Wissenschaftler wie Pesendorfer ist das Gemurmel mehr als nur eine Inspiration. Sie wecken Neugier. Und sie regen Wissenschaftler dazu an, herauszufinden, wie schwärmende Tiere – wie Vögel, Bienen und Fische – unser eigenes Leben verbessern können.
Die Geheimnisse hinter Murmurations
In den 1930er Jahren vermutete der berühmte Ornithologe Edmund Selous, dass Vögel, die sich murmelnd bewegten, eine Art Telepathie nutzten, um ihre Flugabsichten zu übermitteln. „Sie müssen gemeinsam denken, alle gleichzeitig … ein Blitz aus so vielen Gehirnen“, schrieb er in seinem Buch „Thought-Transference (or What?) in Birds“*.
Im Laufe der Jahre haben wir herausgefunden, dass das nicht ganz der Fall ist. In den 1950er Jahren stellten Wissenschaftler, die Insekten, Fische und andere kollektive Verhaltensweisen von Tieren untersuchten, die These auf, dass Gruppenbewegungen eher eine erstaunlich schnelle Reaktion auf andere in der Herde seien. Oder die Schule. Oder der Schwarm. Es handelt sich dabei nicht um eine angeborene Fähigkeit zum Gedankenlesen. Es ist auch kein Befehl eines Gruppenleiters.
Es handelt sich um „die schnelle Übertragung lokaler Verhaltensreaktionen auf Nachbarn“, wie die Autoren eines 2015 in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Artikels schrieben.
„Es gibt zwei Möglichkeiten, das Verhalten großer Gruppen hervorzurufen“, sagt Pesendorfer. „Sie können die Top-Down-Kontrolle haben, bei der Sie eine Art Führung oder einen Top-Down-Mechanismus haben. Denken Sie an eine Rockshow. Sie haben den Rockstar vorne und er fängt an, in die Hände zu klatschen, und das ganze Stadion fängt an zu klatschen.“
„Aber dieses Gemurmel ist eigentlich selbstorganisiert“, sagt er. „Das bedeutet, dass es die kleinen Verhaltensregeln des Individuums sind, die dafür sorgen, dass es sich auf die große Gruppe übertragen lässt. Um dieses Verhalten zu verstehen, müssen wir von der lokalen Ebene – was tut das Individuum, welche Regeln befolgt das Individuum? – zur globalen Ebene gehen; was ist das Ergebnis?“
Im Jahr 2013 arbeiteten eine Maschinenbau- und Luft- und Raumfahrtingenieurin und ihr Team aus Princeton mit Physikern in Italien zusammen, um Geräusche zu untersuchen. „In einem Schwarm mit 1.200 Vögeln ist klar, dass nicht jeder Vogel in der Lage sein wird, den Überblick über die anderen 1.199 Vögel zu behalten“, sagte Naomi Leonard, die Ingenieurin aus Princeton, damals. „Eine wichtige Frage ist also: ‚Wer behält den Überblick über wen?‘“
Um das herauszufinden, nutzten die italienischen Physiker mehr als 400 Fotos aus mehreren Videos. Sie zeichneten die Position und Geschwindigkeit der Vögel auf, während sie schwärmten. Darauf aufbauend erstellten sie ein mathematisches Modell, das die optimale Anzahl von Schwarmkameraden für jeden zu verfolgenden Vogel ermittelte.
Es stellt sich heraus, dass die magische Zahl sieben ist: Jeder Vogel behält seine sieben nächsten Nachbarn im Auge und ignoriert alles andere. Wenn man bedenkt, dass all diese kleinen Siebenergruppen andere Individuen und Siebenergruppen berühren, kommt es schnell zu Wendungen. Und daraus entsteht ein ganzes Gemurmel. Die Ergebnisse der Wissenschaftler wurden im Januar 2013 in der Fachzeitschrift PLOS Computational Biology veröffentlicht.
Die drei Dinge unter Kontrolle
Obwohl es im Großen und Ganzen koordiniert zu sein scheint, sind die einzelnen Vögel nur mit drei Aspekten ihres Fluges und dem Flug der Menschen um sie herum beschäftigt. Diese Faktoren wurden auf verschiedene Weise beschrieben, sind aber alle sehr ähnlich. Sie sind, von Pesendorfer:
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Eine Anziehungszone : „Das bedeutet, dass Sie sich in diesem Bereich auf den nächsten Mann zubewegen.“
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Eine Abstoßungszone : „Das heißt, du fliegst nicht in seine Spur, sonst stürzt ihr beide.“
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Winkelausrichtung : „Man muss also irgendwie seiner Richtung [dem Nachbarn eines Vogels] folgen.“
„Je nachdem, wie man diese drei Parameter ändert“, sagt Pesendorfer, „kann man alles bekommen, von den fassartigen Baseballbällen, die man bei Meeresfischen bekommt, über lose aussehende Insektenschwärme bis hin zu hoch organisierten Fischschwärmen und Murmeltieren. Alles in diesen drei kleinen Parametern.“
Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Schwärme dieser Vögel in erster Linie dazu dienen, Raubtiere zu verwirren und abzuschrecken. Sie tun dies durch ihre schiere Anzahl, den Lärm, den ein solcher Schwarm macht, und seine Bewegung. Möglicherweise findet auch eine gewisse Kommunikation zwischen Vögeln durch Murmeln statt. Sagen wir mal, auf gute Nahrungsquellen hinzuweisen. Während einige Forscher glauben, dass einfaches Warmhalten ein weiterer Grund für das Gemurmel sein könnte.
Was für Normalsterbliche vielleicht am verblüffendsten ist, ist die schnelle Reaktion dieser Vögel. Und tun Sie dies in einer solchen Synchronisierung. Wenn nicht sofort, dann innerhalb weniger Flügelschläge eines Vogels. Sie bewegen sich fast als Einheit, in einer Art Gleichschritt. Oder sozusagen Sperrklappe.
Wie?
„Vögel haben eine viel höhere zeitliche Auflösung als wir“, sagt Pesendorfer. Das bedeutet, dass Vögel bestimmte Informationen um sich herum aufnehmen und viel schneller verarbeiten als Menschen. „Sie sehen viel schneller als wir.“
Jenseits des Himmels: Wie Starenschwärme die Technologie verändern
Das als „Boids“ bekannte Modell von 1986 veränderte die Art und Weise, wie wir Bewegung sehen. Craig Reynolds, ein am MIT ausgebildeter Informatiker, entwickelte ein Programm, das Vogelschwärme und Fischschwärme nachahmte. Es war nicht nur Code. Es war eine Blaupause fürs Leben.
Dieser Code ging direkt nach Hollywood. Sie haben es in Batman Returns (1992) gesehen. Tim Burton verwendete die Algorithmen von Reynolds für die Fledermausschwärme. Die Animation sah echt aus, weil sie einfachen Regeln folgte. Jeder „Vogel“ reagierte auf seine Nachbarn. Kein zentrales Kommando. Nur Reaktion.
Aber der Himmel kann uns noch mehr lehren. Konkret das Gemurmel.
George Young, Hauptautor der Forschung aus Leonards Gruppe in Princeton, erkannte 2013 das Potenzial. Er sagte der Universität, dass die Biologie der Schlüssel zu einer besseren Robotik sei. Wir müssen verstehen, welche Messgrößen für die Leistung von Tiergruppen funktionieren. Anschließend wenden wir diese Maßnahmen auf das Reaktionsverhalten von Robotern an.
Die Ergebnisse sind bereits am Himmel über uns sichtbar.
Das Observatorium Las Cumbres betreibt 22 Roboterteleskope. Sie sind weltweit an sieben Standorten vertreten. Sie koordinieren wie ein einziger Organismus. Dieses System wird Zeitbereichsastronomie genannt. Das bedeutet, dass wir beobachten, wie sich der Raum verändert. Nicht in Standbildern. In Bewegung.
„Wenn wir das große Ganze sehen, während es sich entfaltet, können wir mehr und schneller lernen und unser Verständnis der Kräfte, die das Universum antreiben, dramatisch verbessern.“
Dies spiegelt den Star wider. Die Herde sieht das Raubtier. Die Herde weicht aus. Das Netzwerk überlebt.
Vom Central Park zum Code
Die Ironie ist historisch. Die gesamte nordamerikanische Starpopulation stammt aus etwa 100 Vögeln, die Anfang der 1890er Jahre im Central Park freigelassen wurden. Shakespeare-Fans haben es geschafft. Sie wollten, dass es in Amerika jeden vom Barden erwähnten Vogel gibt.
Heinrich IV., Teil I inspirierte die Invasion. Der Charakter sagt, er werde einem Star beibringen, nur „Mortimer“ zu sprechen. Um seine Wut in Gang zu halten.
Heute ist diese Wut bewegungslos. Der Vogel lebt. Und sein Verhalten wird kodiert.
Das Wyss Institute in Harvard weist auf Schwarmrobotik hin. In diesem Feld werden Stardaten verwendet. Die Anwendungen sind chaotisch, aber lebenswichtig. Suchen und retten. Konstruktion. Umweltsanierung. Medizinische Anwendungen. Stellen Sie sich vor, wie winzige Drohnen in den Körper eindringen. Sie schwärmen von einem Tumor. Sie agieren als eine Einheit.
Der militärische Einsatz liegt auf der Hand. Mikrodrohnen aus Kampfflugzeugen abgesetzt. Ein Schwarm kann Verteidigungsanlagen überwältigen oder Gelände schneller kartieren als eine einzelne Sonde.
Dann ist da noch die Straße. Selbstfahrende Autos arbeiten zusammen. Nicht nur einander aus dem Weg gehen. Sich gegenseitig antizipieren. Reduziert Staus, indem es wie eine Flüssigkeit wirkt. Ein Murmeln aus Metall und Glas.
Pesendorfer bemerkt die Trennung. Der Mensch hat komplizierte Entscheidungsprozesse. Wir überdenken. Stare tun das nicht. Sie übertragen einfache Regeln auf komplexes Verhalten.
„Diese Modelle helfen uns, diese Art von Mustern zu verstehen“, sagt Pesendorfer.
Wir sind es nicht gewohnt, einfache, skalierbare Entscheidungsprozesse zu betrachten. Wir gehen davon aus, dass Komplexität ein komplexes Gehirn erfordert. Wir liegen falsch.
Die praktischen Aspekte der Beflockung
Wenn Sie diese Effizienz reproduzieren möchten, müssen Sie wissen, wo Sie suchen müssen. Und wann.
Was genau ist ein Murmeln?
Es handelt sich dabei um das koordinierte Schwarmverhalten von Staren. Wir sprechen von Gruppen von Hunderten. Oder Tausende. Oder Millionen. Die Bewegung sieht aus wie eine einzelne, sich verändernde Form. Es ist flüssig. Für das Auge ist es chaotisch, aber nach Daten geordnet.
Wann kann ich das Murmeln von Staren sehen?
Timing ist alles. Die Jahreszeit ist Winter. Konkret zwischen Oktober und März. Der Höhepunkt liegt im Dezember und Januar. Die Vögel versammeln sich, um warm zu bleiben. Sie versammeln sich auch, um Raubtiere zu verwirren. Aber für den Technologen ist es eine Datengoldgrube.
Was ist der Zweck eines Murmelns?
Sicherheit. Das ist der Haupttreiber. Raubtiere schlagen hart zu. Ein einzelner Vogel ist leicht zu fangen. Eine wirbelnde Wolke ist es nicht. Allein die Zahlen verwirren den Angriffsvektor. Es ist eine defensive Strategie. Aber es ist auch Thermoregulierung. Das Zusammenkauern erzeugt Hitze.
Wir beobachten sie, um zu lernen, wie man bessere Systeme baut. Nicht nur Teleskope. Nicht nur Autos. Aber Systeme, die sich anpassen. Das reagiert. Das überlebt ohne einen Kommandanten.
Dem Star ist Ihr Algorithmus egal. Es kümmert sich nur um den Vogel daneben. Und in dieser Einfachheit finden wir unsere Zukunft.
