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Bewegungsstudie: Eichhörnchen, die Supersportler

Eichhörnchen flitzen so schnell durch die Baumkronen, dass man fast schon vergisst, sich zu wundern. Ein Forscherteam hilft der nötigen Hörnchenbegeisterung nun auf die Sprünge.
Eichhörnchen im Sprung

Die Geschwindigkeit und Leichtigkeit, mit der sich Eichhörnchen in der anspruchsvollen und unvorhersehbaren Umgebung der Baumkronen bewegen, ist »spektakulär«, sagt der Biomechanikforscher Robert Full von der University of California in Berkeley. Die Tiere springen, augenscheinlich ohne größere Mühe, mehrmals so weit, wie ihr Körper lang ist, und landen dennoch sicher auf schwankenden Ästchen. Wie sie das machen, könne niemand so genau sagen, erklärt Full: »Woher wissen sie eigentlich, dass ihr Körper die Fähigkeit zu solchen Sprüngen hat?«

Die Körperbeherrschung der kleinen Pelztiere ist nicht nur verblüffend anzuschauen, sondern ebenso aufschlussreich – sowohl aus rein akademischer Sicht als auch beispielsweise für Roboterbauer. Vielleicht lassen sich ja einige Aspekte für das Design intelligenter Roboter an Eichhörnchen abschauen, etwa die Vorzüge einer flexiblen Wirbelsäule oder zupackender Pfoten mit scharfen Krallen für gekonnte Landungen.

Für ihre waghalsigen Kunststücke nutzen Eichhörnchen aber genauso das, was zwischen ihren Pinselohren sitzt. »Sie haben ein sehr gutes Gedächtnis«, sagt Gregory Byrnes, der am Siena College in Loudonville, Bundesstaat New York, Biomechanik studiert. Ein Eichhörnchen, das man durch den Park huschen sieht, folgt wahrscheinlich einer Route, die es bereits zuvor gegangen ist und in einer mentalen Landkarte abgespeichert hat. Berühmt ist die Fähigkeit der fleißigen Nager, wenn der kalte Winter kommt, sich an die Lage der zahlreichen Nussvorräte zu erinnern, die sie in ihrem Revier versteckt haben. Diese Art der Vorratshaltung unterscheidet sie von anderen Baumbewohnern, wie zum Beispiel vielen Primaten, sagt Nathaniel Hunt, der an der University of Nebraska in Omaha Biomechanik studiert. Dieselbe Kombination aus Lernfähigkeit und reaktionsschneller Beweglichkeit würde auch jedem Roboter gut zu Gesicht stehen, meint er.

In einer aktuellen Studie haben Hunt und seine Kollegen nun untersucht, wie Eichhörnchen Entscheidungen treffen, wie gut sie im Lernen sind und wie gut im Finden innovativer Lösungen. Dazu machten sie einen Freilandversuch an wild lebenden Fuchshörnchen (Sciurus niger). Diese Tiere sind im Osten Nordamerikas weit verbreitet und gelangten dank menschlicher Nachhilfe auch nach Kalifornien ins Umland der Universitätsstadt Berkeley, wo das Team nun seine Testvorrichtung aufbaute. Es sei gar nicht so leicht gewesen, die wilden Hörnchen zum Mitmachen zu bewegen, erzählen die Wissenschaftler. Einige hätten sich ablenken lassen und dann »einfach beschlossen: Zeit für ein Nickerchen«, erzählt Hunt. Glücklicherweise verstanden die meisten Versuchstiere nach ein paar Durchläufen und entsprechenden Belohnungen aber dann doch, was zu tun war. Wie jeder Gärtner mit einem Vogelfutterhäuschen bestätigen kann, seien die Tiere sehr motiviert, wenn es etwas zu futtern gebe, sagt Hunt.

Von schwankendem Ast zu Ästchen

In diesem Fall lockten die Forscher mit Erdnüssen. Während die Eichhörnchen auf einer speziellen Sprungbahn ihre langen Sätze machten, sahen Hunt und Kollegen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera zu. Die Vorrichtung bestand aus einer Art großen Schultafel. An deren linker Seite hatte das Team ein federndes Sprungbrett befestigt. Von hier aus sollten die Eichhörnchen zur rechten Seite der Tafel springen, wo ein dünner Stab aus der Tafeloberfläche ragte.

© Nate Hunt, UC Berkeley / Judy Jinn, trainer and author
Lieber auf den Ast vertrauen oder auf die eigene Sprungkraft?
Das Video zeigt die Tiertrainerin und Koautorin Judy Jinn.

Sprungbrett und Stab simulierten Äste in den Kronen eines Baums. Die Besonderheit bestand darin, dass sich die Biegsamkeit des Sprungbretts fein justieren ließ. War es besonders starr, konnten die Eichhörnchen fast schon bis zu ihrem Ziel laufen. War es besonders biegsam, bog es sich unter ihrem Gewicht immer stärker nach unten, je weiter sie bis zur Spitze liefen.

Die Tiere mussten also eine Entscheidung treffen: Sollten sie lieber vom Ende des Astes springen und die Entfernung verkürzen? Selbst wenn das bedeutete, den Absturz zu riskieren? Oder sollten sie besser beim Absprung näher am »Stamm« bleiben, wo auch die biegsamsten Sprungbretter noch steif genug waren? Die Auswertung zeigte: Die Eichhörnchen reagierten sechsmal empfindlicher auf die Biegsamkeit des Astes als auf die Sprungweite, schreiben die Forscher in einem im Fachmagazin »Science« veröffentlichten Artikel. Sprich: »Die Eichhörnchen lassen sich eher davon beeinflussen, wie stark sich der Ast biegt, als von der Entfernung, über die sie springen müssen«, sagt Hunt.

Bei der Abwägung spielt vielleicht das Selbstvertrauen der Tiere eine Rolle: Die Eichhörnchen sind sich ihrer eigenen Sprungfähigkeiten viel eher gewiss als der Tragfähigkeit dünner Ästchen, vermutet Hunt. Als die Wissenschaftler die Biegsamkeit des Astes oder die Sprungweite veränderten, passten die Eichhörnchen ihre Technik schnell an und lernten innerhalb weniger Versuche, die Geschwindigkeit ihres Absprungs passend zu wählen.

Plötzlich gehen die Eichhörnchen Wände hoch

Richtig verblüfft war das Team, als sie die Distanz zwischen Absprung und Landeplatz noch weiter vergrößerten. Überraschenderweise hüpften die Eichhörnchen dann nicht mehr einfach nur zwischen den Vorsprüngen hin und her, sondern sprangen auf halbem Weg gegen die senkrechte Tafel und stießen sich an ihr ab. Hunt und Kollegen fühlten sich an Parkour-Sportler erinnert, die mit ähnlichen Tricks ihre Sprungweite erhöhen. Die Analysen der Forscher zeigten, dass die Eichhörnchen die Wand als zusätzlichen Kontaktpunkt nutzten, um in der Luft Korrekturen vorzunehmen: Sie bremsten ab, wenn sie über ihr Ziel hinauszuschießen drohten, oder gaben sich noch einen letzten Schubs, wenn es nach einer knappen Landung aussah.

© Nate Hunt, UC Berkeley
Parkour-Sprung mit eigenwilliger Landung
Wenn es sich anbot, bezogen die Eichhörnchen auch die Wände mit ein.

»Was mich wirklich überrascht hat, war, wie sie jede Art von Struktur nutzen, die sie erreichen können«, sagt Hunt. Die Wissenschaftler hatten nicht damit gerechnet, dass die Eichhörnchen die Wand zu ihrem Vorteil nutzen oder ihre Parkour-Techniken sogar noch bei den folgenden Durchläufen verfeinern würden, erklärt sein Kollege Robert Full: »Sie haben direkt vor unseren Augen innovative Lösungen gefunden.« Abgestürzt ist übrigens offenbar keines der Eichhörnchen bei den Versuchen. Wie das Team berichtet, klappten aber mitnichten alle Landungen perfekt, einige Male kippten die Hörnchen zum Beispiel über den Landestab oder baumelten kurz darunter. Aber zu Boden fielen sie nicht.

»Das ist wirklich cool«, sagt Byrnes, der nicht an der Forschung beteiligt war. Die Wissenschaftler um Hunt und Full hätten hier erstmals Verhalten für eine wissenschaftliche Beschreibung zugänglich gemacht, das man zuvor nur schwer in Worte habe fassen können. Interessant sei für ihn jetzt, wie die Sprünge mechanisch ablaufen, was die Gliedmaßen tun, wie viel Energie einem Eichhörnchen je nach Sprung verloren geht. An Antworten wird geforscht: Die Arbeiten entstanden im Rahmen einer fächer- und institutsübergreifenden Forschungskollaboration, die die Motorik von Eichhörnchen genauer verstehen und unter anderem beim Roboterbau nachbilden möchte. Daneben widmen sich weitere Gruppen den Denkprozessen im Hörnchenhirn: Was geschieht dort genau in den Sekundenbruchteilen, die die Tiere in der Luft verbringen? Wie lernen Eichhörnchenbabys das Springen? Und wie verändert es sich im Lauf der Entwicklung?

Wer in Wald oder Park spazieren geht, ist von Eichhörnchen umgeben. Doch trotz dieser Allgegenwart, sagt Full, seien sie von der Forschung noch kaum verstanden, und nur selten bekämen sie die Anerkennung, die ihnen eigentlich für ihre Cleverness und ihre Agilität zustehe. »Sie sind wirklich außergewöhnlich«, sagt Full.

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