Am 12. Mai 2022 wurde dem Konstanzer Verhaltensbiologen Prof. Dr. Iain Couzin der wichtigste deutsche Forschungspreis, der Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), überreicht. Der Anlass für uni’kon mit dem Preisträger über seine Forschung zu sprechen, ist seine Auszeichnung für „herausragende Arbeiten auf dem Gebiet der Verhaltensbiologie, die zu einem grundlegend neuen Verständnis von kollektivem Verhalten geführt haben“. Der Sprecher des Exzellenzclusters „Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour“ der Universität Konstanz ist zugleich auch Direktor des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie.

uni’kon: Vor gut einem halben Jahr wurde bekannt gegeben, dass Sie den Leibniz-Preis erhalten. Die Vorgabe des Stifters ist es, dass Sie das Preisgeld von 2,5 Millionen Euro in Forschungsvorhaben investieren. Was haben Sie sich vorgenommen?

Iain Couzin: Ich plane das Preisgeld für Forschungsarbeiten in Neurowissenschaften und Biodiversität einzusetzen.

Gottfried Wilhelm Leibniz-Preisträger 2022 Iain Couzin im Porträt

https://www.youtube.com/watch?v=LUQkxtjpJQY

Was reizt Sie im Bereich der Neurowissenschaft zu erforschen?

Eine sehr soziale Art kleiner Fische – der Zebrabärbling – ist für präklinische Studien menschlicher Krankheiten wie Diabetes, Fettleibigkeit und Herzkrankheiten von großem Nutzen. Unsere jüngsten Forschungsarbeiten ergaben, dass Mutationen von 90 Genen das kollektive Verhalten von Zebrabärblingen stören. Diese werden auch mit menschlichen psychiatrischen Störungen wie beispielsweise Autismus und Schizophrenie in Verbindung gebracht. In Zusammenarbeit mit Dr. Armin Bahl, der vor kurzem von der Harvard University an die Universität Konstanz wechselte, werden wir untersuchen, wie Zebrabärblinge ihr Sozialverhalten regulieren, und werden die daran beteiligten neuronalen Schaltkreise identifizieren.

Spannend, aber Zebrabärlinge sind ja winzig, wie gehen Sie da vor?

Dazu setzen wir immersive virtuelle Realität (VR) ein. Das ist eine neue Technologie, die wir hier in Konstanz selbst entwickelt haben. Wir können Tiere, einschließlich Insekten und Fische, die viel zu klein sind, um ein Headset zu tragen! – in fotorealistische virtuelle Welten versetzen. Dort interagieren sie mit Hologrammen anderer Tiere. 

© Christian Ziegler, Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie

Wenn man dies mit neuen Methoden zur Darstellung ihrer neuronalen Aktivität kombiniert, kann man verstehen, wie soziales Verhalten reguliert wird und wie soziale Defizite entstehen.

Iain Couzin

Naturschutz ist aktueller denn je, von daher werden die Ergebnisse sicherlich nicht weniger relevant sein. Kommt bei Ihren Vorhaben auch da Kollektivverhalten zum Tragen?

Absolut, denn auch in der Biodiversität erweist sich soziales Verhalten als entscheidend. Wir haben gezeigt, dass eine kleine Gruppe von Individuen Migrationen anführen kann – wie etwa bei Vögeln der Fall. Einige Arten können nur durch Gruppenbildung wirksam auf wichtige Umweltveränderungen reagieren. Durch menschliche Einflüsse wie Abholzung, Verstädterung und Jagd sind viele soziale Arten besonders gefährdet. Diese Arten sind es auch, die wir am dringendsten erforschen müssen, damit wir sie schützen können.

Ein großes Feld – wo wollen Sie mit Ihrer Expertise ansetzen?

In Konstanz haben wir dafür neue, nicht-invasive Technologien entwickelt. Damit ist uns die automatische Verfolgung von Tiergruppen wie dem gefährdeten Grevy-Zebra in Kenia möglich. Wir beobachten sie mit kleinen Drohnen, die die Tiere nicht wahrnehmen. Anhand der aus der Luft aufgenommenen Videos können wir Arten und bald sogar Individuen identifizieren. Dadurch ist es uns möglich, den Lebensraum, in dem sich die Tiere bewegen, in 3D zu rekonstruieren.

Welche Erkenntnisse lassen sich daraus ableiten?

Wir verstehen so, warum sie von den durch den Menschen verursachten Lebensraumveränderungen besonders betroffen sind. So können wir wissenschaftsbasierte Empfehlungen aussprechen, die das Schutzpotenzial maximieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf die lokalen menschlichen Gemeinschaften minimieren.

Vielfach kommen bei Ihrer Forschung Maschinen oder sogar KI zum Einsatz. Warum beobachten Computer die Tiere?

Wir Menschen haben große Schwierigkeiten, mehr als ein Individuum auf einmal zu beobachten. Manchmal dauert es viele Jahre, bis wir lernen, Tiere als Individuen zu identifizieren. In manchen Fällen ist es für uns sogar unmöglich. Daher haben wir eine Software entwickelt, die automatisch Tausende von Individuen gleichzeitig verfolgen kann.

Und die Maschinen sind wirklich so intelligent?

Unsere Software kann hundert Tiere eines Schwarms bzw. einer Gruppe – von Fliegen über Fische bis hin zu Nagetieren – unterscheiden. Diese Art von Software ermöglicht es uns zum ersten Mal, soziale Interaktionen zu messen und zu verstehen.

Wo kommt die Software zum Einsatz?

Wir nutzen diese Technologie etwa, um Heuschreckenplagen zu verstehen und vorherzusagen. Heuschreckenschwärme, die wir sowohl im Labor in Konstanz als auch in freier Wildbahn in Afrika untersuchen, verursachen massive Verwüstungen von Ernten. Schätzungen zufolge beeinträchtigen sie die Lebensgrundlage von jedem zehnten Menschen auf unserem Planeten. Sie tragen zu anhaltenden und neuen humanitären Krisen bei.

Kollektive unserer Erde - Prof. Dr. Iain Couzin im Interview

https://www.youtube.com/watch?v=WG4YLxC0iwg

Und Sie haben die Lösung gefunden?

Im Fall der Heuschrecken, auch bekannt als „biblische Plage“, haben wir entdeckt, dass diese sogenannten vegetarischen Insekten in Wirklichkeit hochgradig kannibalisch sind. Sie marschieren im Gleichschritt, soweit wir es mit dem Auge erkennen können. Aber in Wirklichkeit sind sie alles andere als kooperativ. Sie greifen sich gegenseitig an, wenn ihnen die wichtigsten Nährstoffe ausgehen. Das sind insbesondere Salz, Eiweiß und Wasser. Der hochgradig koordinierte Schwarm ist darauf zurückzuführen, dass jedes Individuum versucht, die vorderen zu fressen und zu vermeiden, von den hinteren gefressen zu werden. Sie befinden sich quasi auf einem „Gewaltmarsch“ – wer stehen bleibt, riskiert, gefressen zu werden.

Gibt es Muster, die Sie immer wieder erkannt haben?

Die Verbreitung von Verhaltensweisen oder Meinungen weist bemerkenswerte mathematische Gemeinsamkeiten auf, und zwar unabhängig von der Art – das gilt vom Fisch bis zum Menschen. Obwohl Menschen hochkomplexe Lebewesen sind, lassen sich bestimmte Aspekte ihres kollektiven Verhaltens vorhersagen.

Wie nutzt dieses Wissen dem Menschen?

Wir müssen die biologische Vielfalt erhalten, um gesunde Ökosysteme und damit das menschliche Leben, wie wir es kennen, zu bewahren. Heuschreckenplagen können in Jahren der extremen Dürre bis zu einem Achtel der Landoberfläche der Erde befallen. Das betroffene Gebiet vergrößert sich aufgrund des Klimawandels. Das Wissen über die kollektive Intelligenz von Tieren ermöglicht es uns, neue Wege zu finden, um auch die kollektive Intelligenz des Menschen zu verbessern und nutzbar zu machen. Zu verstehen, wie sich Menschen in überfüllten Umgebungen verhalten, ist von entscheidender Bedeutung, um den tragischen Verlust von Menschenleben bei Großveranstaltungen wie der Loveparade-Katastrophe im Jahr 2010 zu vermeiden.

Research Overview

https://www.youtube.com/watch?v=-aa2QI7tOLM