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Helmut Satz
Heuschrecken haben keinen König
Schwarmbildung und Selbstorganisation in Tierwelt, Physik und Informatik
Autor
Prof. Dr. Helmut Satz
Universität Bielefeld Fakultät für Physik 33615 Bielefeld Deutschland
Titelbild
Getty Images, Antonio Najdovski/EyeEm Image ID#: 611445057. Insektenschwarm gegen sonnigen Himmel.
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Print ISBN 978-3-527-34749-0
ePDF ISBN 978-3-527-82690-2
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Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig
Druck und Bindung
Gedruckt auf säurefreiem Papier.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Die Heuschrecken haben keinen König, und doch ziehen sie allesamt aus in geordneten Scharen.
Salomo Sprüche 30:27; Elberfelder Bibel 1905
Vorwort
In den letzten 50 Jahren ist ein neues Gebiet wissenschaftlicher Forschung entstanden: die Untersuchung von Schwarmstruktur und Schwarmverhalten. Die Grundfrage, die zu diesen Untersuchungen geführt hat, ist unmittelbar verständlich: Wie ist es möglich, dass eine Menge einfacher Individuen, die jeweils nur mit ihren nächsten Nachbarn in Wechselwirkung stehen, das grandiose, kollektive Verhalten riesiger Schwärme erzeugen? Vogelschwärme führen komplexe Manöver aus über uns am Himmel, Fische vollbringen Ähnliches in den Tiefen der See. Im asiatischen Dschungel zeigen Leuchtkäfer Lichtvorführungen, in denen Tausende von Käfern in perfekter, synchroner Harmonie strahlen. Diese und ähnliche Vorgänge haben dazu geführt, dass Mathematiker und Physiker sich mit Kollegen der Biologie zusammengefunden haben, um die dem Schwarmverhalten zugrunde liegende Struktur zu erforschen. Man hat festgestellt, dass diese Struktur recht universell ist und sehr ähnlich der, die man in der Physik vieler wechselwirkender Teilchen findet. Das Entstehen und die Struktur eines Vogelschwarms entsprechen in vieler Hinsicht der Magnetisierung von Eisen, bei der ganz plötzlich die Spins der meisten Atome in die gleiche Richtung weisen. Die Synchronisierung der Leuchtkäferstrahlung wiederum beruht auf Mechanismen, die der Lichtemission eines Lasers recht ähnlich sind.
Zum anderen haben Ameisen, Bienen und weitere Staaten bildende Insekten außerordentlich effiziente Methoden zur Lösung gewisser Probleme entwickelt, wie etwa zur Bestimmung des kürzesten Weges zwischen zwei Punkten – Methoden, die seit einiger Zeit auch Eingang in die menschliche Logistik gefunden haben. Dazu kommt ferner, dass die Schwarmstruktur dem darwinschen Begriff survival of the fittest eine neue Bedeutung gegeben hat. Hier hat die Evolution zu einer weitgehenden Umwandlung der einzelnen Tiere geführt: Sie sind keine autonomen Wesen mehr, sondern jetzt Teile eines Superorganismus, mit speziellen Funktionen und speziellen Nutzen. Eine unabhängige Existenz mag schwierig werden für Mitglieder einer Herde von Säugetieren oder eines Vogelschwarms; für die Mitglieder eines Insektenstaates aber ist sie vollständig unmöglich. Hier sind kollektive Leistungen nicht nur für die Existenz des Staates notwendig, sondern auch für die des jeweiligen Einzelwesens.
Wie sieht es aus bei menschlichen Gemeinschaften? Obwohl das Verhalten hier sehr viel komplexer ist, gibt es doch auch Aspekte, die offensichtlich das Ergebnis von Selbstorganisation sind. Insbesondere hat die Evolution zum Entstehen der menschlichen Sprache geführt als ein Werkzeug für die Beschreibung sowohl konkreter wie auch abstrakter Begriffe. Es ist wohl dieses Werkzeug, dass die Planung und Organisation möglich gemacht hat, die letztendlich zur menschlichen Herrschaft über die gesamte Erde führte.
Das Ziel dieses Buches ist es, die verschiedenen Formen des Schwarmverhaltens von Tiergemeinschaften zu beschreiben und diesen dann die entsprechenden Strukturen in Physik und Informatik gegenüberzustellen. Es richtet sich an eine allgemeine Leserschaft und wird daher nur auf wenig und recht einfache Mathematik zurückgreifen; auch die angeführte Physik und Biologie werden auf
