Die Forschung zur sozialen Ansteckung untersucht, wie Ameisenkolonien das Gruppenverhalten regulieren

In der Welt der sozialen Lebewesen, von Menschen bis zu Ameisen, ist die Verbreitung von Verhaltensweisen innerhalb einer Gruppe – die sogenannte soziale Ansteckung – ein gut dokumentiertes Phänomen. Dieser Prozess, der durch soziale Nachahmung und Druck angetrieben wird, führt dazu, dass Individuen Verhaltensweisen übernehmen, die sie bei ihren Artgenossen beobachtet haben, was oft zu synchronisierten Massenaktionen führt: Man denke an Massenpaniken oder stehende Ovationen.

Soziale Ansteckung ist in hochintegrierten Gesellschaften ein zweischneidiges Schwert. Zwar fördert sie Zusammenhalt und kollektive Effizienz, unkontrollierte Ansteckung kann jedoch zu schädlichem Massenverhalten wie Massenpanik führen. Daher hat die Natur Regulierungsmechanismen entwickelt, um derartiges Verhalten unter Kontrolle zu halten.

Ein solcher Mechanismus ist die umgekehrte soziale Ansteckung. Bei umgekehrter sozialer Ansteckung führt eine erhöhte Interaktion zwischen Personen, die ein bestimmtes Verhalten an den Tag legen, dazu, dass diese mit höherer Wahrscheinlichkeit dieses Verhalten einstellen, anstatt es an den Tag zu legen.

In einem veröffentlichten Artikel In PNAS NexusForscher unter der Leitung von Maurizio Porfiri – Professor für Biomedizintechnik, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik sowie Bau- und Stadtingenieurwesen am NYU Tandon Institute und Direktor des dortigen Center for Urban Science and Progress (CUSP) – beschreiben dieses einzigartige Phänomen in Kolonien von Ernteameisen (Pogonomyrmex californicus), um die energetischen Folgen eines hochintegrierten Sozialverhaltens zu verstehen.

„Ameisenkolonien reduzieren ihren Energieverbrauch pro Individuum, wenn die Kolonie wächst, ähnlich der größenabhängigen Skalierung des Stoffwechselaufwands bei Vögeln und Säugetieren, die Kleiber vor fast einem Jahrhundert entdeckte“, sagte Porfiri. „Bis heute fehlt eine überzeugende Erklärung, wie diese kollektive Reaktion zustande kommt.“

Anhand von Videoaufzeichnungen mehrerer Kolonien stellten sie fest, dass die Aktivität einzelner Ameisen nicht proportional zur Koloniegröße zunahm. Dies war ein merkwürdiger Befund, denn größere Kolonien bedeuten mehr Interaktionen zwischen ihren Mitgliedern und mehr Möglichkeiten zur Verstärkung von Verhaltensweisen.

Um dieses Verhalten zu entschlüsseln, wandte das Team – zu dem auch Pietro De Lellis von der Universität Neapel, Eighdi Aung und (Tandon-Absolventin) Nicole Abaid von der Virginia Tech, Jane S. Waters vom Providence College sowie Santiago Meneses und Simon Garnier vom New Jersey Institute of Technology gehören – Skalierungstheorien an, die üblicherweise zur Untersuchung menschlicher Siedlungen verwendet werden.

Sie leiteten Zusammenhänge zwischen der Koloniegröße und Interaktionsnetzwerken sowie dem Aktivitätsniveau ab und spekulierten, dass eine umgekehrte soziale Ansteckung eine Rolle spielt. Ihre Hypothese wurde durch Atemwegsdaten gestützt, die einen möglichen Zusammenhang zwischen Ameisenaktivität und Stoffwechsel aufzeigten.

Stellen Sie sich vor, Sie sind eine Ameise und sehen, wie eine Ihrer Kolleginnen nach Nahrung sucht. Wenn Sie von sozialer Ansteckung beherrscht werden, könnten Sie auch mit der Nahrungssuche beginnen, um nicht als faul dazustehen. Aber die Energie, die Sie für die Nahrungssuche aufwenden, ist es möglicherweise nicht wert, wenn eine Ameise die Nahrung effizient sammeln kann.

In diesem Fall bedeutet die umgekehrte soziale Ansteckung, dass Sie die Füße hochlegen und sich entspannen sollten, während Sie Ihren Landsmann die Arbeit machen lassen, denn Sie werden Ihre Energie später für eine andere Aufgabe brauchen. Auf diese Weise macht die Eindämmung der sozialen Ansteckung die Kolonie effizienter.

Die Studie zieht eine faszinierende Parallele zwischen Insektenkolonien und menschlichen Städten. In beiden Systemen beeinflussen soziale Interaktionen den Energieverbrauch, allerdings in entgegengesetzte Richtungen.

Insektenkolonien weisen hypometrische Skalierung auf – das Aktivitätsniveau steigt nicht proportional zur Koloniegröße. Im Gegensatz dazu weisen menschliche Städte hypermetrische Skalierung auf, bei der der Energieverbrauch schneller wächst als die Bevölkerungsgröße.

„Menschliches Verhalten wird oft von persönlichem Gewinn getrieben“, sagt Simon Garnier, außerordentlicher Professor für Biowissenschaften am NJIT und Hauptautor der Studie. „Ameisen hingegen neigen dazu, die Bedürfnisse der Kolonie über ihre eigenen zu stellen. Dies hat enorme Auswirkungen auf das Verständnis der Unterschiede zwischen der Organisation menschlicher und sozialer Insektengesellschaften.“

Anders als Menschen verwalten Ameisen ihre Energie als Kolonie und nicht als Einzelperson und zeigen so eine Art kooperative Reaktion. Diese Studie zeigt, dass Ameisen die umgekehrte soziale Ansteckung nutzen, um ihre Gesamtaktivität und ihren Energieverbrauch zu regulieren.

Wenn viele Ameisen mit einer Aufgabe beschäftigt sind, hören einige auf, um zu verhindern, dass die gesamte Kolonie überlastet wird. Dieses Verhalten entspricht den Skalierungsgesetzen und Stoffwechselmustern, die in anderen biologischen Systemen zu beobachten sind.

Vereinfacht ausgedrückt kann man sich eine Ameisenkolonie als einen großen Organismus vorstellen, in dem die Aktionen jeder Ameise zum Wohle der Kolonie und nicht nur zu ihrem eigenen koordiniert sind. Zukünftige Forschungen werden untersuchen, wie genau diese Ameisen kommunizieren und ihre Energie so effizient verwalten.

Diese Forschung wirft nicht nur Licht auf die Regulierungsmechanismen in Ameisenkolonien, sondern bietet auch Einblicke in die allgemeineren Prinzipien der sozialen Regulierung über Arten hinweg. Wenn wir diese Parallelen weiter erforschen, können wir möglicherweise mehr über die grundlegenden Dynamiken herausfinden, die sowohl natürliche als auch vom Menschen geschaffene Systeme steuern.

„Dies ist der erste Schritt, den wir unternehmen, um die Energieregulierung in Ameisenkolonien zu verstehen und zu modellieren“, sagte Porfiri.

„Geht die Energieregulierung mit einer Leistungssteigerung für die Gemeinschaft einher? Können wir von Ameisen inspirierte Algorithmen für Roboterteams entwickeln, die die Leistung maximieren und die Energiekosten minimieren? Können wir daraus Lehren für unsere städtischen Verkehrsnetze ziehen? Dies sind nur einige der Fragen, die wir als nächstes angehen möchten.“