Königspinguine verhalten sich wie Glas

Foto: © IPEV, Programs no. 137 and 354

Brutpaare von Königspinguinen verhalten sich wie Moleküle in einem erstarrten Glas. Das hat ein internationales Forschungsteam aus Deutschland, Frankreich, Monaco und den USA herausgefunden.

Zu Glas erstarrte Kolonie

Die Gruppe um den Biophysiker Richard Gerum von der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Standorte von mehreren tausend Brutpaaren aus einem Helikopter heraus fotografiert und kartiert. Dabei stellten sie fest, dass die Struktur der Brutplätze der einer zweidimensionalen Flüssigkeit erstaunlich ähnelt. Wie in einem Wassertropfen werden die einzelnen Bestandteile von gegenseitigen Anziehungskräften zusammengehalten. Kommen sie sich jedoch zu nahe, stoßen sie sich ab.

Tatsächlich konnte das Team die Brutpaare mit einem physikalischen Modell beschreiben, das normalerweise für Flüssigkeiten benutzt wird: dem sogenannten Lennard-Jones-Potenzial. Dadurch, dass die Brutpaare ihre Position innerhalb der Pinguin-Kolonie kaum verändern, entspricht die Struktur einer erstarrten Flüssigkeit – also einem Glas.

Glasige Pinguine: Teil (a) der Abbildung zeigt eine Luftaufnahme der Brutkolonie vom 9. Dezember 2014. Teil (b) gibt in einem Farbcode die Anzahl der Nachbarn jedes Pinguins an. Teil (c) zeigt qualitativ die Dichte der Kolonie, abhängig von der Bewegung der Vögel. Teil (d) zeigt in blauen Punkten die mittlere Pinguindichte um jeden Pinguin herum. Die rote Linie ist die Simulation einer Lennard-Jones-Flüssigkeit.[1]R. Gerum et al., Structural organisation and dynamics in king penguin colonies. J. Phys. D: Appl. Phys., 2018 (51) 164004. DOI: 10.1088/1361-6463/aab46b

In Ruhe gelassen, aber beweglich

Die Forscherinnen und Forscher vermuten, dass diese glasartige Anordnung den Tieren ein optimale Dichte blei gleichzeitiger Flexibilität ermöglicht. Tritt etwa eine örtliche Störung ein, schmilzt die Struktur an der betreffenden Stelle und repariert sich dadurch.

Würden sich die Vögel stattdessen freier bewegen können, ähnlich wie die Teilchen eines Gases, bräuchte die Pinguinkolonie deutlich mehr Platz. Würden sich die Brutpaare dagegen weiter annähern, müssten sie eine regelmäßige Gitterstruktur bilden, wie bei einem Kristall. Örtliche Störungen könnten sich dann allerdings wie ein Riss durch die gesamte Struktur ausbreiten.

In ihrer Studie im Journal of Physics D: Applied Physics[2]R. Gerum et al., Structural organisation and dynamics in king penguin colonies. J. Phys. D: Appl. Phys., 2018 (51) 164004. DOI: 10.1088/1361-6463/aab46b weisen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler allerdings darauf hin, dass sich das Verhalten Pinguine sicherlich nicht auf eine einfache Formel reduzieren lässt. Dennoch konnten sie eindrucksvoll zeigen, dass die Struktur und die Dynamik einer Brutkolonie der einer unterkühlten, glasartigen Schmelze überraschend ähnlich ist.

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Quellen   [ + ]

1, 2. R. Gerum et al., Structural organisation and dynamics in king penguin colonies. J. Phys. D: Appl. Phys., 2018 (51) 164004. DOI: 10.1088/1361-6463/aab46b

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