Ook in een zwerm is een woestijnsprinkhaan een zelfstandig individu

Het is een bekend fenomeen bij woestijnsprinkhanen: zijn ze met teveel, dan gaan ze zwermen. Algauw kan dan een nietsontziende, gewassenvernietigende plaag ontstaan. Lang werd aangenomen dat zo’n zwerm zich houdt aan natuurkundige wetten: de sprinkhanen zouden zich bij hoge dichtheden niet langer gedragen als ongeorganiseerde deeltjes in een gas, maar als georganiseerde deeltjes in een vloeistof.

Maar Duitse biologen en natuurkundigen schrijven nu in Science dat die aanname niet klopt. Op basis van veldonderzoek én virtual reality-experimenten concluderen ze dat de individuele sprinkhanen wel degelijk beslissingen nemen in plaats van zich als passieve deeltjes te gedragen.

De woestijnsprinkhaan (Schistocerca gregaria) komt voor in een gebied van Mauritanië tot en met India. In principe leven de insecten solitair; ze zoeken alleen soortgenoten op om zich voort te planten. Als er veel neerslag valt en er voldoende groene vegetatie is, dan neemt het aantal sprinkhanen algauw toe met een factor 10 tot 20. En bij zulke snel toenemende aantallen gebeurt er iets geks: er treden plotseling veranderingen op in gedrag en uiterlijk. De sprinkhanen worden groepsdieren, minder kieskeurig in hun voedselvoorkeuren. Ook hun hormoonhuishouding verandert. Ze verkleuren van lichtbruin of lichtgroen naar felgeel. De solitaire sprinkhanen zijn ‘gregair’ geworden, groepsvormend – klaar om te zwermen.

Typisch gedrag van self-propelled particles, was de gedachte jarenlang. In groepen zouden organismen (of het nu bacteriën, sprinkhanen, schapen, vogels of mensen betreft) zich collectief bewegen volgens natuurkundige modellen, waarvan het Vicsek-model (in 1995 ontworpen door de Hongaar Tamás Vicsek) een van de bekendere is.

Eerdere experimenten met jonge gregaire woestijnsprinkhanen leken die theorieën te bevestigen. Zo bleek in een lab dat het vergroten van de sprinkhanendichtheid op een cirkelvormig oppervlak leidt tot een overgang van ongeorganiseerde naar georganiseerde beweging, net als bij een faseovergang van gas naar vloeistof. Toch klopt die aanname niet, schrijven de huidige onderzoekers in Science. Individuele sprinkhanen in een zwerm passen zich helemaal niet klakkeloos aan hun buren aan. Hun gedrag komt veel beter overeen met cognitieve modellen over besluitvorming dan met de natuurkundige modellen.

Afgeknipte antennes

Om te onderzoeken hoe gregaire sprinkhanen hun bewegingen afstemmen op die van hun zwermgenoten, deden de Duitse wetenschappers allereerst veldonderzoek. Tijdens een grote woestijnsprinkhaanplaag in oostelijk Afrika, begin 2020, knipten ze van sommige sprinkhanen de antennes af (om reuk te verhinderen) en bedekten ze van andere gedeeltelijk of helemaal de ogen met een laagje verf (om respectievelijk gepolariseerd zicht en ‘gewoon’ zicht te verhinderen). De gemankeerde insecten werden daarna weer bij de rest gezet, om te zien in hoeverre ze met de rest van de groep mee marcheerden.

Alleen de geheel verblinde individuen konden niet langer meekomen. Voor het zwermgedrag is zicht, in tegenstelling tot reuk, dus cruciaal, concludeerden de onderzoekers. Dat leidde tot de volgende stap: het creëren van een VR-model, waarin échte woestijnsprinkhanen zich kunnen aansluiten bij een zwerm virtuele verwanten. Daaruit bleek dat de mate waarin ze zich wel of niet aanpassen aan de groep niet zozeer samenhangt met de dichtheid van de zwerm als wel met de kwaliteit van de geboden prikkels. In andere woorden: hoe overtuigender de buren in één lijn bewegen, des te sterker een individuele sprinkhaan geneigd is mee te bewegen. Sprinkhanen ‘kiezen’ er dus zelf voor om te zwermen, aldus de onderzoekers.