"DIE BIOLOGISCHE IDEE"
"THE BIOLOGICAL IDEA BEHIND THE PROJECT"
von Frank Steinheimer
by Frank Steinheimer
Natürliche Lebensgemeinschaften sind einem andauernden Prozess der Anpassung an ihre Lebensumstände unterworfen. Interaktionen zwischen Vertretern der gleichen Art, Auseinandersetzungen mit Individuen anderer Arten und die Vorgabe von Rahmenbedingungen, wie etwa die des genetischen Erbes zum eigenen Körperbau oder des vorherrschenden Umgebungsklimas, spielen dabei eine große Rolle. Über viele tausende Jahre hinweg führen die teils minutiösen Unterschiede zwischen den Individuen einer Art, die sich auch in deren Erbinformation widerspiegeln, zu unterschiedlichen Fortpflanzungserfolgen. Statistisch gesehen weisen die schlechter an ihre Umwelt angepassten Populationsmitglieder verminderte Fortpflanzungsraten gegenüber derjenigen auf, die gut in ihre Umwelt passen. Die daraus resultierende Verschiebung des Genpools der Gesamtpopulation ist der wichtigste Bestandteil der Evolution. Diese Anpassungsprozesse an die Umgebung führen zu Einnischungen der Lebewesen in ihrer Umwelt und gegenüber anderer Lebewesen: jede Tierart hat sich ihre eigene Planstelle geschaffen. Einnischungen finden in allen Lebenslagen statt: beim Nahrungserwerb, bei der Verteidigung, bei der Nutzung von Brutplätzen, bei der Kommunikation. Die Kommunikation haben wir als Beispiel gewählt, um Einnischungsprozesse den Ausstellungsbesuchern zu veranschaulichen.
Tiere können auf vielfältige Weise kommunizieren, unter anderem optisch (zum Beispiel bei bunten Schmetterlingen), durch Berührung (z.B. bei einigen am Boden lebenden Insekten), durch Vibration (z.B. bei manchen Spinnenarten), chemisch (z.B. bei vielen Säugetieren und Insekten), elektrisch (bei einigen Fischarten) oder akustisch (z.B. bei vielen Vogelarten). Auch die Insektenfamilie der Singzikaden (wissenschaftlich: Cicadidae), die weltweit in wärmeren Gebieten vorkommt, nutzt Töne zur innerartlichen Kommunikation. Jeder kennt diese »Gesänge« der Zikadenmännchen von heißen Urlaubstagen zum Beispiel im Mittelmeergebiet. Der »Gesang« ist in Wirklichkeit ein Stereo-Klickmechanismus im Hinterleibsbereich, der in enormer Geschwindigkeit abgespult werden kann, und dient dreierlei Dingen: 1. die Männchen signalisieren den Weibchen »hallo, hier bin ich«, 2. den anderen Männchen der gleichen Art »verschwinde, hier bin ich schon« und 3. den interessierten Weibchen »ich bin von allen der tollste«.
Spannend wird es aber, wenn eine Zikadenart nicht alleine das Monopol der Kommunikation durch Töne besitzt, sondern andere Arten sich im selben Lebensraum ebenfalls unterhalten wollen. Um eine eindeutige Verständigung zu erlauben, müssen sich dann die verschiedenen Singzikadenarten in den Lauterzeugungsarten unterscheiden. Das kann, bei ähnlicher Lebensweise im selben Biotop, durch drei Vorgänge geschehen: 1. durch verschiedene Frequenzen (ähnlich wie bei Radiosendern), 2. durch verschiedene Rhythmen (ähnlich wie beim Trommeln der Spechte), und 3. durch verschiedene Zeiten der Lauterzeugung (ähnlich wie der stufenweise Beginn der morgendlichen Gesangsaktivität von Singvögeln). Singzikaden haben sich für alle drei Lösungen entschieden. Über viele tausende Jahre von Erfolg und Misserfolg hat sich ihre Einnischung etabliert und in den Genen manifestiert. Weitere Faktoren spielen natürlich eine Rolle: Beutegreifer dürfen durch die Gesänge nicht auf eine einfache Mahlzeit gelenkt werden, exponierte Singwarten über der dichten Vegetation helfen einer weiten Schallverbreitung, und vieles mehr. Singzikaden reagieren darauf mit einem angeborenen Repertoire. In anderen Fällen muss ein einzelnes Singzikadenmännchen individuell und modular reagieren, ohne dass die Gene hier helfend komplette Vorgaben machen könnten. Beispiele wären hier die Singwarte zu wechseln, die Lautstärke des Gesangs hochzufahren oder die Kommunikation gänzlich einzustellen, wenn zum Beispiel Wind einen Wald laut rauschen lässt. Die Weibchen müssen umgekehrt aus den Signalen herauslesen, wo sich ein Sänger befindet, dass der Sänger zu ihrer Art gehört, und ein besonders vitales Männchen mit perfekten Genen für die gemeinsame Nachfahrenzeugung wäre.
Unsere Kunstzikaden stehen vor allem für den genetisch verankerten Mechanismus Pate, verkürzen aber die evolutiven Abläufe von Jahrtausenden auf wenige Minuten. Die Kunstzikaden-Gruppen zeigen, wie es wäre, wenn alle durcheinander reden würden - man verstünde nichts. Dann baut sich allmählich eine Interaktion, ein Zuhören und Einnischen zwischen den einzelnen Gruppen auf. Am Schluss sind die Gruppen perfekt für die jeweilige innerartliche Kommunikation gegen die anderen Gruppen abgeschottet - alle Gruppen können ihre Botschaften perfekt und zeitgleich vermitteln. Die Kunstzikaden spielen vor den Ohren der Besucher Evolution im Kleinen nach. Die genutzte Mechanik orientiert sich dabei ganz am wirklichen Prinzip der Klangerzeugung bei Singzikaden. Ein Motor aus einem Mobiltelefon mit verbindenden kleinen Stiften entspricht den beiden Antriebsmuskeln, die bei reellen Zikaden am Außenskelett, im Kunstwerk an einem Metallrahmen stabil befestigt sind. Die beiden Schall erzeugenden Chitin-Platten der echten Insekten sind im Kunstwerk durch umklickendes Papier ersetzt. Der erzeugte Klang klingt erstaunlich real.
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Natural symbiosis is subject to being a continuous process of adapting to the circumstances of life. Interaction between representatives of the same species, conflicts between individuals belonging to other species and, the guidelines of the environment such as the genetic heritage of the body constitution or the prevailing environmental climate, all play a great role. For thousands of years the sometimes minutely detailed differences between the individuals of a species, which are also reflected in their genetic information, have led to reproductive success. Statistically, members of the population that have not adapted as well as others to the environment have a lower reproductive rate. The resulting shift of the gene-pool of the total population is the most important part of evolution. This process of adjustment to fit the environment leads to the environmental annidation of organisms, in the life‘s struggle with other organisms: all animal species have established their own ecological niche. Annidation takes place in all life situations: when gathering food, when defending, when making use of breeding places and when communicating. We have selected communication to illustrate annidation to the exhibition’s visitors.
Animals are able to communicate in many different ways, these include optically (for example – colourful butterflies), by touching (e.g. some insects that live on the ground), by vibrating (e.g. some spider species), chemically (e.g. numerous mammals and insects), electrically (some fish species) or acoustically (e.g. many birds). The insect family of cicada (scientific name: Cicadidae), found world wide in warm areas, also uses sound to communicate with their own kind. Everyone knows the “singing” of cicada males from their holidays in warm regions, for example around the Mediterranean. However, this “singing” is in fact a stereo clicking mechanism from the lower belly, which can be produced and transmitted at a very high rate. This has three purposes: 1 – the male sends a signal to the female »hello, I’m here«, 2 – to the other male of the same species »go away, I was here first« and 3 – to the interested female »there’s nobody better than me «
It gets exciting when a cicada species is not the only species using sound as a means of communication, but when other species in the same habitat also want to communicate. To be able to communicate with each other the various species of cicada must communicate using different sounds. There are three methods of achieving this when living in the same habitat with a similar way of life: 1 – by using different frequencies (similar to radio channels), 2 – by using different rhythms (similar to the tapping of woodpeckers), 3 – by producing the sounds at different times (similar to the method birds use by starting their morning singing at different times). Singing cicadas use all three methods. Their annidation has been a process of many thousands of years of success and failure and is now manifested in their genes. Of course, other factors also play a role: Animals searching for prey must not be attracted by the singing, exposed perches above the thick vegetation help spread the sound waves and much more. Singing cicada react to this with an innate reper- toire. In other cases a single male cicada must react individually and linked to the actual situation, without its genes being able to provide helpful guidelines. Examples here would be to move to a different perch, to increase the volume or to stop communicating altogether if, for example, the wind causes the woods to rustle loudly. The other way around, the female must be capable of pinpointing a singer with the help of the signal transmitted, be able to identify the singer as a member of her own species and as a male full of vitality with perfect genes for their offspring.
Above all, our artificial cicada represents the genetically established mechanism, with thousands of years of evolution presented within a few minutes. The artificial cicada groups show what it would be like if everyone spoke at the same time – one wouldn’t be able to understand a thing. Gradual interaction, paying attention and annidation processes are established between the individual groups. In the end each group is perfectly isolated from other groups, thus making communication with the own species possible; all groups are able to send their messages perfectly and simultaneously. The artificial cicadas transmit evolution to the ears of the visitors in an isolated microcosm. During the process the mechanism uses the true principle of sound synthesis used by singing cicadas. A motor from a mobile telephone with small connecting pins fulfils the purpose of the two driving muscles. With living cicada these are attached to the exoskeleton, on the work of art are they attached to a metal frame. The living insects’ two sound producing chitinous membranes are represented in the work of art by a method of producing a clicking sound using paper. The sound produced is astonishingly realistic.