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Umwelt+Natur

Wie Eichhörnchen springen lernen

Fuchshörnchen
Fuchshörnchen auf dem Sprung. (Bild: Lawrence Wang/ UC Berkeley)

Wenn Eichhörnchen von Ast zu Ast springen, finden sie Kompromisse zwischen der Sprungdistanz und der Biegsamkeit der Äste. Eine neue Studie zeigt, wie die kleinen Akrobaten ihre Entscheidungen treffen und wie sie Fehler ausgleichen, um tödliche Stürze zu verhindern. Dabei helfen ihnen sowohl die biomechanischen Anpassungen an den Lebensraum in den Baumkronen als auch ihre Lernfähigkeit. Die Ergebnisse könnten auch zur Entwicklung von Robotern für anspruchsvolle Einsatzgebiete beitragen.

Die meiste Zeit ihres Lebens verbringen Eichhörnchen hoch oben in den Bäumen – eine komplexe Umgebung, in der sie sich geschickt in einem Labyrinth aus Ästen bewegen müssen, um Nahrung zu suchen, zu nisten und Raubtieren auszuweichen. Das erfordert eine Kombination aus hochentwickelten biomechanischen Fähigkeiten und erlernten Verhaltensweisen. Doch wie genau entscheiden Eichhörnchen, welchen Sprung sie wagen können und welcher zu einem womöglich tödlichen Sturz führen könnte?

Sprungtests für Hörnchen

Damit hat sich ein Team um Nathaniel Hunt von der University of Nebraska beschäftigt. „Als Modellorganismus für das Verständnis der biologischen Grenzen von Gleichgewicht und Beweglichkeit sind Eichhörnchen meiner Meinung nach unübertroffen“, sagt Hunt. „Wenn wir verstehen, wie Eichhörnchen sich in den Baumkronen fortbewegen, dann können wir vielleicht allgemeine Prinzipien der Fortbewegung in komplexen Terrains entdecken, die auch für die Bewegungen anderer Tiere und Roboter gelten könnten.“

Um die Sprungkünstler in einer möglichst natürlichen Umgebung zu beobachten, lockten die Forscher einige Fuchshörnchen (Sciurus niger) auf dem Campus der University of California in Berkeley an. Mit Nüssen motivierten sie die kleinen Nager dazu, waghalsige Sprünge in einem von den Forschern entworfenen Parcours zu machen. Die Bewegungen der tierischen Probanden dokumentierten sie per Video und werteten danach die Absprungposition, die Flugbahn und das Landemanöver aus. Für ihre Experimente nutzten Hunt und seine Kollegen Sprungbretter mit unterschiedlicher Länge und Flexibilität. Von diesen aus konnten die Hörnchen einen schmalen Ast erreichen, an dem in einer kleinen Schale eine Nuss lockte. Je weiter sie sich auf dem flexiblen Sprungbrett vorwagten, desto weniger weit mussten sie springen. Dafür wurde die Absprungbasis mit jedem Schritt wackeliger, was den Absprung erschwerte.

Akrobatische Manöver

Die Beobachtungen zeigten: „Wenn die Eichhörnchen über eine Lücke springen, wählen sie ihren Absprungpunkt abhängig von der Flexibilität des Astes und der Größe der Lücke“, so Hunt. Auf stabilen Sprungbrettern gingen sie weit nach vorne, während sie auf wackeligen Brettern lieber einen etwas längeren Sprung in Kauf nahmen als sich zu weit vorzuwagen. Die Flexibilität der Absprungbasis spielte für die Entscheidung eine sechsmal größere Rolle als die Sprungdistanz. „Wenn sie auf einen Ast mit neuen mechanischen Eigenschaften trafen, lernten sie innerhalb weniger Sprünge, ihre Startmechanik anzupassen“, erklärt Hunt. „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.“

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„Während des gesamten Experiments fiel kein einziges Eichhörnchen bei einem Sprungversuch herunter“, berichten die Forscher. Dabei machten sie durchaus Fehler und sprangen entweder zu weit oder zu kurz, um optimal auf ihrem schmalen Ziel zu landen. Doch jedes Mal gelang es ihnen, sich mit ihren Krallen an den Ast zu klammern und mit akrobatischen Manövern hochzuziehen. „Wenn sie mit zu viel oder zu wenig Geschwindigkeit in die Luft springen, können sie eine Vielzahl von Landemanövern anwenden, um dies auszugleichen“, erklärt Hunt. „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 an der Sitzstange hochziehen. Diese Kombination aus adaptivem Planungsverhalten, lernender Kontrolle und reaktiven Stabilisierungsmanövern hilft ihnen, sich schnell durch die Äste zu bewegen, ohne zu fallen.“

Zusätzlich beobachteten die Forscher eine unerwartete Taktik ihrer tierischen Probanden: Bei schwierigen Sprüngen stießen sie sich oft von der Wand ab, an der die Äste befestigt waren, und passten auf diese Weise ihre Geschwindigkeit und Richtung an – ähnlich wie menschliche Parcoursläufer. Die Eichhörnchen passten sich also flexibel an neue Möglichkeiten ihrer Umgebung an und lernten schnell, diese zu nutzen, um die Sprünge effizienter und sicherer zu gestalten. Die Studie zeigt, dass es wahrscheinlich eine Synergie zwischen biomechanischen Eigenschaften und Trial-and-Error-Lernen ist, die es den Tieren ermöglicht, sich schnell und geschickt in den Baumkronen fortzubewegen. Die Erkenntnisse könnten auch dazu beitragen, flexible Roboter zu entwickeln, die unwegsame Geländen sicher durchqueren können.

Quelle: Nathaniel Hunt (University of Nebraska) et al., Science, doi: 10.1126/science.abe5753

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