Veröffentlicht: 29.11.12
Science

Zufall formt komplexe Sozialstruktur

Die Umwelt beeinflusst das soziale Verhalten von in Gruppen lebenden Tieren stärker als gedacht, sagt eine neue Studie von Verhaltensforschern der ETH und Universität Zürich. Sie untermauern damit eine kontraintuitive These, dass der Aufbau und die Erhaltung sozialer Netzwerke auch dem Zufall zu verdanken sind.

Peter Rüegg
Hausmäuse pflegen ein komplexes Sozialsystem, das der Zufall mitbestimmt. (Bild: Nicolas Perony / ETH Zürich)
Hausmäuse pflegen ein komplexes Sozialsystem, das der Zufall mitbestimmt. (Bild: Nicolas Perony / ETH Zürich) (Grossbild)

Die Gruppe ist ein Erfolgsmodell: Viele Tiere wie auch der Mensch leben in einer solchen sozialen Organisation, die von Art zu Art jedoch eigenen Regeln unterworfen ist und unterschiedlichen Zwecken dient.

Über die evolutiven Vorteile des Gruppenlebens haben Forscher bereits viel Wissen zusammengetragen. Verhältnismässig wenig ist hingegen bekannt über die genauen Mechanismen, über welche die einzelnen Individuen einer Gruppe verfügen, um Bindungen zu Artgenossen eingehen und aufrechterhalten zu können. Einige Verhaltenswissenschaftler führen einen hohen Anteil des Sozialverhaltens auf den Zufall zurück.

Mit einem neuen Modell, das soeben in «PLoS Computational Biology» erschienen ist, haben nun Forscher der Professur für Systemgestaltung der ETH Zürich sowie Verhaltensforscher der Universität Zürich diese These untermauert: Das Ergebnis ihrer Studie deutet darauf hin, dass ein ziemlich grosser Anteil bei der Bildung und Aufrechterhaltung der Sozialstrukturen auf Zufall zurückzuführen ist. Zu diesem Schluss kamen die Wissenschaftler, indem sie bei einer Gruppe wilder Hausmäuse die Bewegungs- und Interaktionsmuster der einzelnen Individuen genau erfassten und analysierten.

Monitoring von Mäusen

Die Mauspopulation wurde 2003 mit der Ansiedlung von neun Tieren in einer leeren Scheune ausserhalb Zürichs gegründet. Mittlerweile umfasst der Mäusebestand einige hundert Tiere in mehreren Untergruppen. Die Scheune ist in mehrere Segmente unterteilt, Durchgänge verbinden die Kompartimente. Die Nager können das Gebäude jederzeit verlassen oder aufsuchen. Die Forschenden bieten den Mäusen Nester, Nistmaterial, Nahrung und Wasser. In der Scheune leben keine natürlichen Raubtiere.

Jede ausgewachsene Maus wurde mit einem Chip versehen um herauszufinden, wann ein Tier ein Nest aufsuchte oder verliess, sowie wie lange es sich darin aufhält. Auf diese Weise sammelten die Forscher während zwei Jahren Millionen von Bewegungsdaten von über 500 Tieren, auf deren Basis Nicolas Perony, Postdoktorand an der Professur für Systemgestaltung, für jedes Individuum die Aktivitätsmuster errechnete.

Da aus den Chip-Daten nur herauszulesen war, wie lange sich eine Maus ausserhalb eines Nests aufhielt, nicht aber, wo sie durchlief und welche Teile des Lebensraums sie effektiv nutzte, berechnete er lediglich die Wahrscheinlichkeit, wo sie sich aufgehalten haben könnte. Diese stellte er grafisch in einer dreidimensionalen Landkarte dar: Läuft eine Maus auf schnellstem Weg von Nest A ins Nest B, so wird dies als schmaler Graben dargestellt. Hält sich aber die Maus zwei Stunden ausserhalb der beiden Nester auf, entsteht als möglicher Aufenthaltsort eine breite Schlucht: Sie könnte sich während dieser Zeit an jedem der Punkte der Schlucht aufgehalten haben.

Neuartige Darstellung der Lebensraumnutzung

Perony fügte schliesslich all diese Berechnungen zu einer «Wahrnehmungslandschaft» zusammen. «Diese dreidimensionale Landkarte ist ein neuartiges Instrument, das zu einem gewissen Grad den Lebensraum der Tiere abbildet, da dieser, etwa durch Trennwände, ihre Bewegungsfreiheit einschränkt», erklärt der Forscher. Die Wahrnehmungslandschaft enthalte aber eine weitere Ebene, die mit der Wahrnehmung der Tiere zu tun habe, etwa die Tendenz der Mäuse, fremde Territorien zu meiden. Auch erscheinen auf einer normalen Karte der Scheune alle Nester als gleichwertig. Die Wahrnehmungslandschaft modelliert hingegen, dargestellt als kegelförmige Vertiefungen, deutlich heraus, welche Nester bei den Mäusen beliebt sind.

Anhand dieser Darstellung erkannte Perony, dass sich die Mäuse tatsächlich stark an den räumlichen Gegebenheiten ihres Lebensraums orientieren, was das soziale Verhalten weitgehend ausschliesst. Wie stark die Landschaft aber auch die Sozialstruktur der Mäuse – und letztlich auch die Zufallskomponente – abbildet, war nicht offensichtlich. So erstellte er ein Computermodell, in welchem er Zufallspartikel in die errechnete Wahrnehmungslandschaft einbrachte.

Zufallspartikel mit Sozialstruktur

Um das «Verhalten» dieser Partikel zu definieren, verwendete Perony echte Daten: ein über alle Mäuse errechnetes durchschnittliches Lauftempo, mit dem das Partikel zwischen den Nestern zirkulierte, und eine durchschnittliche Aufenthaltsdauer in jedem Nest. Die Zufallspartikel waren sozial passiv. Sie erhielten weder individuelle Eigenschaften noch Vorlieben für ein bestimmtes Territorium oder einen Artgenossen. Sie konnten nicht mit anderen Partikeln interagieren.

Das Resultat der Simulation mit Partikeln überraschte Perony schliesslich sehr: Die Sozialstruktur, die das Modell erzeugte, unterschied sich in vielen Aspekten nicht wesentlich von derjenigen, die er aus den Mäusedaten errechnete. «Es scheint so, dass ziemlich viel von dem, was als sozial komplex bezeichnet wird, durch passive Interaktionen von Individuen mit ihrer Umwelt erklärt werden kann», sagt Perony.

Eingeschränkte Wahlfreiheit

Zufallspartikel, deren Verhalten durch einen nicht-zufälligen Lebensraum definiert wird, könnten also die Sozialstruktur der echten Mäuse recht gut abbilden. «Die Umwelt bestimmt die Muster der sozialen Interaktionen eines Individuums stärker, als man das glauben mag», fasst es der Verhaltensforscher zusammen. Die Wahlfreiheit, mit wem man soziale Bindungen aufbaue und pflege, könnte demnach kleiner sein als man denkt.

Das Modell hat aber auch Grenzen. Es kann zum Beispiel diejenigen Fälle nicht berücksichtigen, in denen sich zwei Mäuse besonders attraktiv finden und deshalb oft dasselbe Nest aufsuchen. Der Anteil «soziale Anziehung von zwei Tieren» überlagere die «persönliche Vorliebe für ein bestimmtes Nest». Diesen Anteil könne er nicht durch die Wechselwirkung von Umwelt und Individuum erklären. «Er ist deshalb ausdrücklich auf soziales Verhalten zurückzuführen», folgert der Forscher.

Diese Studie ist Teil der Dissertation von Nicolas Perony, der dafür die Medaille der ETH für ausgezeichnete Doktorarbeiten erhielt. Die Arbeit entstand in einer Zusammenarbeit der Professur für Systemgestaltung von Professor Frank Schweitzer mit der Gruppe für Verhaltensbiologie von Professorin Barbara König von der Universität Zürich.

Literatur

Perony N, Tessone CJ, König B, Schweitzer F. How Random Is Social Behaviour? Disentangling Social Complexity through the Study of a Wild House Mouse Population, PLoS Computational Biology (2012), published online 29th November. doi:10.1371/journal.pcbi.1002786

 
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