Sie sind die Riesen des Amazonas: Arapaimas zählen mit einer Länge von über zwei Metern und einem Gewicht von fast 300 Kilogramm zu den größten Süßwasserfischen der Welt. Obwohl sie eigentlich mit Kiemen atmen, haben sie eine Strategie entwickelt, um im sauerstoffarmen Wasser des Amazonasbeckens zu überleben: Sie schnappen regelmäßig an der Oberfläche nach Luft und entziehen ihr mit einem lungenähnlichen Gewebe in ihrer Schwimmblase den Sauerstoff.
Gerade für Jungfische bedeutet das Auftauchen allerdings auch ein Risiko, denn an der Oberfläche sind sie eine leichte Beute für Vögel. Deshalb tauchen sie oft zu Hunderten gleichzeitig auf, atmen ein und tauchen gemeinsam wieder ab. „In großen Gruppen ist man sicherer, da die Fressfeinde hier schlechter einzelne Tiere anvisieren können – ganz besonders, wenn alles, wie bei den Arapaimas, sehr schnell geht. Außerdem verteilt sich das Risiko, gefressen zu werden, auf alle, die mitmachen. Trifft man hingegen alleine auf einen Fressfeind, ist klar, wer gefressen wird“, erklärt Palina Bartashevitch von der Humboldt-Universität zu Berlin.
Gemeinsam sicher
Doch wie koordinieren die jungen Arapaimas dieses Synchron-Atmen? Mit dieser Frage hat sich das Team um Bartashevitch genauer beschäftigt. „Die individuelle Steuerung der Atmung erfolgt über Sauerstoff-Chemorezeptoren, die den Sauerstoffgehalt im Wasser und im Blut überwachen“, erklären die Forschenden. „Deshalb unterscheiden sich die Atemintervalle von Individuen derselben Art aufgrund individueller Unterschiede im metabolischen Sauerstoffbedarf erheblich voneinander.“
Jeder Jungfisch hat daher normalerweise seinen ganz eigenen Atemrhythmus. Tatsächlich beobachtete das Team, dass einzeln gehaltene Jungfische unterschiedlich oft den Impuls verspürten, nach Luft zu schnappen. Manche tauchten mehrfach pro Minute auf, andere blieben mehr als zwei Minuten am Stück unter Wasser. Wurden die Arapaima-Jungfische dagegen in einem Schwarm mit rund 200 Artgenossen gehalten, schnappten oft mehr als 100 Tiere innerhalb der gleichen Sekunde Luft, und wiederholten dies etwa alle 15 Sekunden.
Präzise Koordination
Um herauszufinden, wie die Fische ihren Atemrhythmus auf die Sekunde genau mit dem ihrer Schwarmgenossen in Einklang bringen, erstellten Bartashevitch und ihr Team eine Computersimulation, die sie mit dem real beobachteten Verhalten der Arapaimas abglichen. Dabei stießen sie auf eine Strategie, die sie als „Cluster-Synchronie“ beschreiben: Demnach tun sich die Tiere mit Schwarmgenossen zusammen, die ähnliche Atembedürfnisse haben wie sie selbst und tauchen mit ihnen gemeinsam auf.
Wer gerade noch keine Luft braucht, setzt eine Runde aus und schließt sich der nächsten Auftauch-Aktion an. „Das ermöglicht die Koordination, ohne individuelle physiologische Grenzen außer Kraft zu setzen“, erklären die Forschenden. In vielen Fällen funktioniert diese Taktik so gut, dass über 75 Prozent des Schwarms gleichzeitig auftauchen, ohne dass einer der Jungfische zu lange warten oder zu oft an die gefährliche Oberfläche schwimmen muss.
Vorbild für autonome Roboter
Die Ergebnisse helfen nicht nur dabei, Schwarmdynamiken und Überlebensstrategien von Tieren besser zu verstehen, sondern könnten sich auch technisch nutzen lassen. „Dank des generalisierten Modellierungsansatzes lässt sich dieses synchrone Verhalten, das durch mehr als 23 Millionen Jahre Evolution geprägt wurde, auch auf Schwärme von Robotern und Drohnen übertragen“, sagt Bartashevitchs Kollege David Bierbach. „Es gibt verschiedene Drohnenmodelle, die synchron fliegen oder gemeinsam ein bestimmtes Verhalten zeigen, und die Computermodelle, die wir aus der Studie ableiten konnten, lassen sich nutzen, um ihre synchrone Leistung zu verbessern.“
Ebenso wie die Arapaimas alle unterschiedliche Atembedürfnisse haben, müssten auch die Roboter oder Drohnen nicht alle identisch sein. Wenn sie sich mit anderen abstimmen, deren Bedürfnisse ihren eigenen am nächsten kommen, können auch heterogene Gruppen ein hochgradig synchronisiertes Verhalten mit minimalen individuellen Kompromissen erreichen, wie die Forschenden erklären.
Quelle: Palina Bartashevitch (Humboldt-Universität zu Berlin) et al., Communications Biology, doi: 10.1038/s42003-026-10472-w
