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Forschung Springen, ohne zu fallen: Eichhörnchen-Experiment offenbart unerwartete Fähigkeiten

Eichhörnchen beim Sprung in der Luft
Eichhörnchen sind geschickte Kletterer, die beim Hopsen von Ast zu Ast mitunter waghalsige Sprünge hinlegen
© Albert Beukhof - Shutterstock
Unglaublich leicht und mühelos sieht es aus, wenn Eichhörnchen hoch oben in Baumwipfeln herumturnen. Dabei kann jeder Fehler tödlich enden. Eine amerikanische Forschungsgruppe ergründet, wie Körperbau und Hirnleistung den Hörnchen auf die Sprünge helfen

Waghalsige Sprünge, kunstfertige Schrauben und geschickte Landungen: Eichhörnchen sind nicht nur anatomisch perfekt an das Leben in Baumwipfeln angepasst. Sie verfügen auch über besondere Entscheidungs- und Lernfähigkeiten, die ihnen ihre beeindruckenden Manöver beim Sprung von Ast zu Ast erlauben. Das berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fachblatt "Science".

Eichhörnchen verbringen die meiste Zeit hoch oben in den Bäumen - einer unvorhersehbaren Umgebung, in der sie sich flink in einem Labyrinth aus Ästen bewegen, nisten und Raubtieren ausweichen. Fehler in diesem Lebensraum können zu tödlichen Stürzen führen. Wie die Tiere lernen, ihre Bewegungen in Sekundenbruchteilen abzuschätzen und anzupassen, um eben solche Fehler zu vermeiden, ist noch nicht ganz geklärt.

Fähigkeiten der Eichhörnchen sollen bei der Roboterentwicklung helfen

Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, bauten Forschende der Universität von Kalifornien einen Hindernisparcours in einem Eukalyptushain auf dem Campus auf, der verschiedene starre und flexible künstliche Äste enthielt. Von diesen konnten wilde Fuchshörnchen (Sciurus niger), eine eigenständige Art innerhalb der Gattung der Eichhörnchen, abspringen, um eine Erdnuss zu ergattern. Dabei variierte der Abstand zwischen Absprungast und Leckerei.

Bei ihren Experimenten ging es den Wissenschaftlern nicht nur darum, die Fähigkeiten der possierlichen Hörnchen besser zu verstehen: Vielmehr sollten Grundlagen für die Entwicklung von Robotern geschaffen werden, welche sich schnell durch unterschiedliches Gelände wie etwa die Trümmer eines eingestürzten Gebäudes bewegen können.

Mitglieder der Forschungsgruppe der Universität von Kalifornien am Hindernisparcours mit einem wilden Fuchshörnchen
Mitglieder der Forschungsgruppe der Universität von Kalifornien am Hindernisparcours mit einem wilden Fuchshörnchen
© Photo by Gregory Cowley

"Als Modellorganismus für das Verständnis der biologischen Grenzen von Gleichgewicht und Beweglichkeit sind Eichhörnchen meiner Meinung nach unübertroffen", erklärt Biomechaniker Nathaniel Hunt. "Wenn wir versuchen zu verstehen, wie Eichhörnchen das machen, können wir vielleicht allgemeine Prinzipien der Hochleistungsfortbewegung im Kronendach und anderen komplexen Terrains entdecken, die auch für die Bewegungen anderer Tiere und Roboter gelten."

Wie Hunt und der Biologe Robert Full herausfanden, waren die Fuchshörnchen erwartungsgemäß umso vorsichtiger, je schwächer oder nachgiebiger der Absprungast war. Sie brauchten allerdings nur wenige Versuche, um sich an die verschiedenen Biegsamkeiten zu gewöhnen.

"Wenn sie einen Abstand überspringen, entscheiden sie, wo sie abspringen, basierend auf einem Kompromiss zwischen der Flexibilität des Astes und der Größe der Lücke, über die sie springen müssen", so Hunt. "Und wenn sie auf einen Ast mit neuen mechanischen Eigenschaften treffen, lernen sie, ihre Startmechanik in nur wenigen Sprüngen anzupassen. Diese Verhaltensflexibilität, die sich an die Mechanik und Geometrie der Sprung- und Landestrukturen anpasst, ist wichtig, um genau über eine Lücke zu springen und auf einem kleinen Ziel zu landen."

Eichhörnchen springt auf einen Ast
Eichhörnchen verbringen die meiste Zeit hoch oben in den Bäumen
© Mark Medcalf - Shutterstock

Dabei war die Nachgiebigkeit des Astes sechs Mal wichtiger für die Sprungentscheidung der Tiere als der zu überspringende Abstand. Laut Hunt könnte das daran liegen, dass sich die Hörnchen auf ihre scharfen Krallen verlassen. Tatsächlich sei in den Versuchen kein einziges von ihnen gestürzt.

"Wenn sie mit zu viel oder zu wenig Geschwindigkeit in die Luft springen, können sie eine Vielzahl von Landemanövern anwenden, um dies auszugleichen", erläutert er. "Wenn sie zu weit springen, rollen sie vorwärts um den Ast herum. Wenn sie zu kurz springen, landen sie mit den Vorderbeinen und schwingen sich unter den Ast, bevor sie sich hochziehen. Diese Kombination aus adaptivem Planungsverhalten, lernender Kontrolle und reaktiven Stabilisierungsmanövern hilft ihnen, sich schnell durch die Äste zu bewegen, ohne zu fallen."

Darüber hinaus legten die Hörnchen unerwartete Innovationsfähigkeiten an den Tag: Bei schwierigen Sprüngen richteten sie ihren Körper neu aus und stießen sich im Sprung zusätzlich von einer Rückwand im Versuchsaufbau ab, die eigentlich keine Funktion im Experiment hatte. Dies erinnerte die Forschenden an die Sportart Parkour, bei der Menschen schnell und ohne Hilfsmittel springend oder schwingend Hindernisse bezwingen.

Akrobatisches Eichhörnchen am Vogelfutter-Haus
Beim Springen und Balancieren verlassen sich Eichhörnchen ganz auf ihr Körpergefühl
© blewulis - Shutterstock

In einem erläuternden Beitrag zur Studie zeigen sich die beiden nicht an der Analyse beteiligten Neurowissenschaftler Karen Adolph und Jesse Young beeindruckt: Die Autoren hätten mit ihrer Arbeit eine bemerkenswerte Demonstration der Kreativität funktioneller Bewegung geliefert, indem sie zeigten, "dass wilde Eichhörnchen ihre Sprünge auf die Biegung von Ästen und die Entfernung zum Ziel abstimmen und bei Bedarf sogar geniale Manöver erfinden".

So wie Bewegung in der realen Welt Flexibilität und Kreativität erfordere, müssten Wissenschaftler, die natürliche Fortbewegung erforschten, genauso einfallsreich sein wie ihre natürlichen tierischen Probanden, schreiben Adolph und Young in "Science": "Die Kunst besteht darin, die Bewegung in ihrer ganzen Komplexität zu erfassen und gleichzeitig eine ausreichende experimentelle Kontrolle und Messgenauigkeit zu gewährleisten." Dafür sei die Studie ein schönes Beispiel.

Alice Lanzke, dpa

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