Hummeln lösen spontan Probleme: Erstfund bei Insekten

Eine Hummel schob einen Ball unter eine Kunstblume an der Decke, kletterte darauf und holte sich die Belohnung. Niemand hatte ihr das gezeigt. Die Lösung kombinierte zwei Dinge, die sie separat gelernt hatte: dass der Ball bewegt werden kann und dass die blaue Blume Futter bedeutet. Forschende der Universitäten Oulu, Helsinki und Turku haben dieses Verhalten am 4. Juni im Fachmagazin Science dokumentiert. Es ist das erste belegte Beispiel spontanen Problemlösens bei einem wirbellosen Tier.

Zwei getrennte Lerneinheiten, eine neue Lösung

Die Dunkle Erdhummel Bombus terrestris hat ein Gehirn von der Größe eines Sesamkorns. In dem Experiment des Forschungsteams um Olli J. Loukola von der Universität Oulu durchliefen die Tiere zwei voneinander unabhängige Trainingsphasen. In der ersten lernten sie: Eine blaue Kunstblume enthält Futter. In der zweiten lernten sie: Ein Ball ist ein Objekt, das sich schieben lässt. Keine der beiden Phasen hatte mit der anderen zu tun.

Im eigentlichen Test wurde die blaue Blume an die Decke einer transparenten Arena versetzt, außerhalb der Reichweite der Hummel. Ein Ball lag auf dem Boden. Die Hummeln hatten keine Anleitung, keine Vorführung, kein Training für diese Situation. Viele von ihnen entwickelten dieselbe Lösung: Sie schoben den Ball unter die Blume, kletterten darauf und erreichten die Belohnung. Die Forscher nennen das spontanes Problemlösen: Die Tiere verbinden zwei zuvor unverbundene Wissenselemente zu einer Handlungsfolge, die sie nie ausgeführt oder beobachtet hatten.

Warum Kognitionsforschung bisher große Gehirne voraussetzte

Spontanes Problemlösen galt bislang als Merkmal von Tieren mit großen Gehirnen und ausgeprägtem Neokortex: Schimpansen, Rabenvögeln, Elefanten, Delphinen. Das Argument war nicht willkürlich. Spontane Problemlösung erfordert Arbeitsgedächtnis, flexibles Erinnern und kombinatorisches Denken. Diese kognitiven Funktionen wurden als abhängig von bestimmten Hirnstrukturen betrachtet, die Insekten nicht besitzen.

Was Hummeln schon vorher zeigten, war beeindruckend, aber anderer Art. Frühere Studien belegten, dass Hummeln Aufgaben erlernen können, indem sie andere Hummeln beobachten. Das ist soziales Lernen. Ebenfalls dokumentiert: Hummeln können Mengen unterscheiden, kleine Zahlen abschätzen und in Auswahlexperimenten Werkzeuge korrekt einsetzen. Das sind isolierte kognitive Leistungen. Was die Studie aus Oulu neu zeigt, geht darüber hinaus: die Fähigkeit, zwei separate Wissensbestände in einer völlig neuen Situation spontan zu einer Lösung zu kombinieren, die niemand vorgeführt hatte.

Was ein Sesamkorngehirn offenbar leisten kann

Die Forscher um Loukola schlussfolgern, dass die Annahme, spontanes Problemlösen sei eine Domäne großhirniger Wirbeltiere, revidiert werden müsse. Das Ergebnis stellt nicht die Leistung von Primaten und Rabenvögeln infrage, es erweitert die Liste der Tiere, bei denen ähnliche Fähigkeiten dokumentiert sind.

Ein evolutionäres Argument hilft beim Verstehen: Sammelbienen navigieren täglich durch eine hochdynamische Umwelt. Jede Blüte ist anders, Hindernisse wechseln, Ressourcen versiegen. Wer nicht flexibel auf neue Situationen reagiert, sammelt weniger Pollen. Die Selektionspressur auf kombinatorisches Denken war für Hummeln möglicherweise über Millionen Jahre stark genug, um diese Fähigkeit mit minimaler Hirnmasse zu ermöglichen. Die entscheidende Variable ist demnach nicht Hirnvolumen, sondern die Effizienz der neuronalen Verknüpfungen.

Heise Online beschreibt die Studie als Herausforderung an das dominierende Konzept tierischer Kognition: Bisher lautete die Frage, ab welcher Hirngrößenschwelle spontanes Problemlösen möglich ist. Die neue Frage lautet: Welche minimale neuronale Architektur reicht dafür aus?

Ameisen, Wespen und Tintenfische: Wer als nächstes auf dem Prüfstand steht

Die Studie öffnet ein Forschungsprogramm. Innerhalb der Hautflügler, der Insektenordnung mit Bienen, Wespen und Ameisen, wird die Frage sein, ob ähnliche Fähigkeiten auch bei anderen Arten nachweisbar sind. Ameisen zeigen bereits bemerkenswerte kollektive Problemlösungen und individuelle Lernfähigkeiten. Ob sie spontan neue Lösungen kombinieren können, ist bisher nicht systematisch untersucht.

Separat stehen Tintenfische und andere Kopffüßer auf der Forschungsagenda. Sie sind ebenfalls Wirbellose, haben aber proportional größere Gehirne als Insekten und haben in Experimenten komplexe Kognition gezeigt. Ihr Vergleich mit Hummeln könnte helfen, genauer zu bestimmen, welche Hirnarchitektur für spontanes Problemlösen tatsächlich notwendig ist.

Für die Neurowissenschaften stellt das Ergebnis eine weiterreichende Frage: Wenn ein Sesamkorngehirn kombinatorisch denken kann, was folgt daraus für das Verständnis neuronaler Mindestanforderungen an Intelligenz? Die Hummelstudie liefert noch keine vollständige Antwort. Aber sie belegt, dass die Antwort kleiner aussieht als bisher gedacht.