A62 Synchronisationsverlust

Thema

Ein Insektenschwarm kann die normalerweise vorhandene kollektive Synchronisation seiner Mitglieder aus verschiedenen Gründen verlieren: durch zunehmenden Umgebungslärm, eine Verringerung der Schwarmdichte, die die einzelnen Individuen voneinander trennt, oder durch äußere Störungen, die die Bewegungsphase jedes Individuums relativ zu den anderen verändern.

Kuramotos Modell erklärt, warum jede dieser drei Ursachen die Schwarmsynchronisation stören kann: Es beschreibt die Schwarmsynchronisation als ein dynamisches Gleichgewicht zwischen zwei Kräften, die in entgegengesetzte Richtungen auf die Phase jedes Individuums wirken. Einerseits bewirkt die Kopplung zwischen den Schwarmmitgliedern eine Angleichung ihrer Phasen; andererseits führt die natürliche Streuung der Eigenfrequenzen jedes Individuums in Kombination mit dem Umgebungslärm zu einer Trennung dieser Phasen.

Damit die Kopplung zwischen den Individuen in diesem Kampf bestehen bleibt und der Schwarm synchronisiert bleibt, muss diese Kopplung einen kritischen Schwellenwert überschreiten, der wiederum mit zunehmendem Umgebungslärm ansteigt: Ein Schwarm in einer lauteren Umgebung muss dichter sein als einer in einer ruhigen Umgebung, damit die effektive Kopplung zwischen den Individuen den durch den Lärm immer höheren Schwellenwert erreicht.

Fällt die Kopplung zwischen den Individuen des Schwarms unter diesen kritischen Schwellenwert, geht die Synchronisation des Schwarms nicht allmählich verloren, sondern bricht relativ schnell zusammen: Der Parameter, der den Synchronisationsgrad des Schwarms misst, nimmt exponentiell ab, und der Schwarm gelangt in einen Zustand, in dem die Phasen seiner Individuen nahezu gleichmäßig verteilt sind, ohne erkennbare Phasenkoordination.

Dieser Verlust der Synchronisation hat je nach Insektenart unmittelbare funktionelle Konsequenzen für den Schwarm: Der Schwarm der Glühwürmchen ist nicht mehr als koordiniertes Muster von Lichtblitzen sichtbar, das dazu dient, Partner anzulocken, und der Bienenschwarm verliert die Flugkoordination, die es ihm ermöglicht, die zusammenhängende Form beizubehalten, in der er sich normalerweise bewegt.

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