Oktopusse zwängen sich durch Öffnungen, die deutlich schmaler sind als ihr Körper. Eine neue Untersuchung beschreibt, wie die Tiere ihre Arme nacheinander durch eine Öffnung führen und den Kopf samt Mantel erst zum Schluss nachziehen. Je nach Platz wechseln sie dabei ihre Bewegungsfolge. Die Beobachtungen liefern erstmals eine systematische Beschreibung eines Fluchtmanövers, das bislang vor allem durch spektakuläre Ausbrüche aus Aquarien bekannt war.
Wenci Xin von der National University of Singapore und seine Kollegen filmten junge Gemeine Kraken in einem Becken mit einer durchsichtigen Trennwand. In deren Mitte befand sich eine verstellbare Öffnung, durch die jedes Tier auf die andere Seite gelangen konnte. Die Forscher wollten herausfinden, wie ein Kopffüßer seinen weichen Körper organisiert, wenn die Öffnung kleiner ausfällt als der Durchmesser seines Mantels.
Die Tiere besitzen kein starres Skelett, das ihre Körperform wie bei einem Wirbeltier festlegt. Lediglich der Schnabel und eine Knorpelkapsel, die das zentrale Nervensystem umgibt, bilden feste Grenzen. Arme und Mantel bestehen dagegen überwiegend aus Muskeln, die sich verlängern, verdrehen und zusammendrücken lassen. Genau diese Kombination macht es möglich, dass ein Oktopus durch einen Spalt gelangt, der auf den ersten Blick viel zu eng erscheint.
Für den Versuch maß Michael Kuba von der Universität Neapel Federico II zunächst den Abstand zwischen den Augen der Tiere. Dieses Maß dient als Näherung für die Breite der Knorpelkapsel, die das Gehirn schützt und beim Durchschlüpfen eine wichtige mechanische Grenze bildet. Anschließend konstruierte Xin transparente Acrylwände mit unterschiedlich breiten Löchern, während Kameras das Verhalten aus mehreren Blickwinkeln aufzeichneten.
Die Hauptversuche fanden mit drei noch nicht ausgewachsenen Gemeinen Kraken (Octopus vulgaris) statt. Jedes Tier erhielt wiederholt Gelegenheit, die Öffnung zu erkunden und hindurchzugelangen. Insgesamt werteten die Wissenschaftler 33 Durchgänge aus; drei Versuche scheiterten, weil die Tiere beim Ausbruchsversuch Teile des Versuchsaufbaus beschädigten. Zeigte ein Tier deutliche Zurückhaltung oder eine Stressreaktion, brachen die Forscher den Versuch ab und gewährten eine Pause.
Zusätzlich beobachtete das Team vier junge Maya-Kraken (Octopus maya). Diese ergänzenden Versuche dienten vor allem dazu, Unterschiede zwischen den Arten zu erkennen. Die Tiere wurden zunächst mit einer besonders engen Öffnung konfrontiert, die sie nicht zu passieren versuchten. Deshalb ließ sich ihr Verhalten unter diesen Bedingungen nicht in derselben Weise systematisch auswerten wie bei den Gemeinen Kraken.
Beim ersten Bewegungsmuster beginnt der Oktopus mit einem vorsichtigen Tastversuch. Er schiebt einen Arm durch die Öffnung und prüft, ob auf der anderen Seite genügend Raum vorhanden ist. Anschließend folgen weitere Arme, bis mehrere Gliedmaßen durch den Durchgang reichen und sich dort abstützen können. Der Kopf, der Mantel und die übrigen Arme befinden sich zu diesem Zeitpunkt noch auf der Ausgangsseite.
Nun nutzt das Tier seine bereits hindurchgeschobenen Arme als Zuganker. Zwei davon heften sich mit ihren Saugnäpfen an der gegenüberliegenden Wand fest. Durch Strecken und Versteifen drücken sie gegen die Acrylfläche, während sie den restlichen Körper nach vorn ziehen. Kopf, Mantel und die noch zurückgebliebenen Arme passieren die Öffnung schließlich gemeinsam. In den Aufnahmen wirkt der Ablauf wie ein kontrolliertes Einfädeln, bei dem das Tier seine Gliedmaßen als bewegliche Haltegriffe einsetzt.
Die Saugnäpfe übernehmen dabei eine mechanische Aufgabe, die über das bloße Festhalten hinausgeht. Sie schaffen Kontakt zur Oberfläche, während die Muskeln der Arme Zug und Druck erzeugen. Ein Arm kann sich dadurch zunächst weit nach vorn strecken, anschließend an der Wand haften und beim Zusammenziehen den Körper nachziehen. Der Oktopus nutzt also nicht nur seine Verformbarkeit, sondern auch die Fähigkeit, einzelne Körperteile nacheinander als Antrieb und Halterung einzusetzen.
Reicht der Platz nicht aus, verändert sich die Reihenfolge. Der Oktopus bringt zunächst weitere Arme durch die Öffnung, stoppt dann aber, bevor Kopf und Mantel folgen. Erst in einem zusätzlichen Schritt zieht er die noch zurückgebliebenen Arme hindurch. Danach richtet er den Körper neu aus und schiebt den Mantel als letzten Abschnitt durch den Engpass.
Diese Trennung ist der auffälligste Befund der Arbeit. Der Mantel enthält die inneren Organe und bildet den rundlichen Körperteil, der bei einem frei schwimmenden Tier besonders voluminös wirkt. Seitliche Aufnahmen zeigen, dass der Oktopus diesen Bereich aktiv verformt und seinen Querschnitt verringert. Gleichzeitig helfen die bereits durchgetretenen Arme, den Körper nach vorn zu ziehen. Die Verformung entsteht damit aus dem Zusammenspiel von Muskelarbeit und äußerem Druck an der Kante der Öffnung.
Auch die Armbewegungen folgen keinem beliebigen Muster. Während der Erkundung bildet der erste Arm eine U-förmige Biegung am Loch und verlängert sich dann auf die andere Seite. Weitere Arme folgen mit kürzeren Bewegungen. Beim Durchziehen drehen sich einzelne Arme, haften an der Wand und versteifen sich, um eine Zugkraft aufzubauen. Bei besonders engen Durchgängen dreht das Tier seinen Körper zusätzlich nach oben, damit die bereits eingeführten Arme tiefer in die Öffnung gelangen und Platz für die übrigen Gliedmaßen entsteht.
Zusätzlich untersuchten die Wissenschaftler, welche Körperteile zuerst durch den Spalt gelangten, sondern auch, welche Arme das Tier bevorzugte. In der Versuchsanordnung kamen besonders häufig die vorderen linken Arme zum Einsatz. Diese Tendenz war allerdings nicht bei jedem Individuum gleich stark ausgeprägt. Die Autoren weisen darauf hin, dass die Anordnung des Beckens die Sicht auf eine Seite erleichtert haben könnte und dadurch die beobachtete Vorliebe beeinflusst wurde.
Beim Nachschieben wechselte die Zahl der beteiligten Arme. Häufig bewegte der Oktopus mehrere benachbarte Arme durch die Öffnung, bevor er sie auf der anderen Seite zum Abstützen einsetzte. Die Forscher konnten dabei erkennen, dass der zuerst tastende Arm nicht zwangsläufig die Mitte der späteren Armgruppe bildete. Je nach Tier verschob sich die Auswahl, was gegen eine starre, immer identische Bewegungsroutine spricht.
Hochauflösende Videoaufnahmen von vorn, von der Seite und von unten. Wenci Xin und seine Kollegen synchronisierten die Perspektiven und verfolgten die Bewegungen anschließend Bild für Bild. So konnten sie unterscheiden, wann ein Arm erstmals die Öffnung berührte, wann weitere Arme nachrückten und wann die bereits hindurchgeführten Gliedmaßen Zug aufbauten. Diese genaue zeitliche Zerlegung machte aus einer scheinbar fließenden Verformung eine nachvollziehbare Abfolge einzelner Aktionen.
Bei den Maya-Kraken zeigten, dass die Strategie nicht ohne Weiteres auf alle Arten übertragen werden kann. Die Tiere versuchten zunächst ebenfalls, die kleinere Öffnung zu erkunden, brachen den Versuch aber ab und nutzten später einen größeren Durchgang. Dort gelang ihnen die Passage mit einer Abfolge aus Erkundung, Nachführen der Arme und Durchziehen des Körpers. Die zusätzliche Trennung von Armen und Mantel beobachteten die Forscher bei dieser Art nicht.
Ihre Zurückhaltung könnte mit der Körperform oder den Lebensräumen der Tiere zusammenhängen. Maya-Kraken leben häufig in sandigen und felsigen Bereichen, in denen sie sich unter Steinen verbergen können. Gemeine Kraken nutzen dagegen auch enge Spalten und Hohlräume. Die Studie kann nicht klären, ob die Unterschiede angeboren sind, auf Erfahrung beruhen oder durch die konkrete Versuchssituation entstanden. Dafür war die Zahl der untersuchten Tiere zu klein.
Auch bei den Gemeinen Kraken bleibt die Aussagekraft begrenzt. Die Tiere wurden nicht alle unter mehreren Öffnungsgrößen getestet, sodass sich individuelle Vorlieben nicht vollständig von der Wirkung des Lochdurchmessers trennen lassen. Die Autoren betonen zudem, dass die Mantelbewegung in den Aufnahmen zwar sichtbar war, aber nicht in jedem Detail vermessen werden konnte. Weitere Versuche mit mehr Tieren und unterschiedlichen Öffnungsformen sollen zeigen, wie zuverlässig die beobachteten Muster sind.
Für die Robotik ist die Bewegungsfolge interessant, weil flexible Maschinen häufig vor einem ähnlichen Problem stehen. Ein schmaler Roboter kann zwar durch enge Spalten gelangen, bietet aber wenig Platz für Kameras, Sensoren und Greifwerkzeuge. Größere Systeme können mehr Technik tragen, scheitern jedoch leichter an engen Durchgängen. Ein Körper, der seine Form während der Bewegung anpasst und einzelne Gliedmaßen als Zuganker verwendet, könnte diesen Zielkonflikt entschärfen.
Die Forscher denken deshalb an weiche Such- und Rettungsroboter, die sich durch Trümmerfelder oder schwer zugängliche Unterwasserbereiche bewegen. Statt alle Antriebe gleichzeitig zu steuern, könnte eine übergeordnete Bewegungsfolge einzelne Grundbewegungen kombinieren: tasten, Gliedmaßen verlagern, Halt finden und den Körper nachziehen. Ein solcher Ansatz könnte die Steuerung vereinfachen, weil nicht jede Bewegung jedes einzelnen Roboterglieds unabhängig geplant werden müsste.
Bis zu einem einsatzfähigen Rettungsroboter ist es allerdings ein weiter Weg. Ein technisches System muss seine Umgebung zuverlässig erkennen, ausreichend Kraft entwickeln und zugleich weich genug bleiben, um sich zu verformen. Die Saugnäpfe eines Kraken haften auf nassen Oberflächen, während künstliche Greifer unter wechselnden Bedingungen oft an Haftkraft verlieren. Auch die Koordination vieler flexibler Bauteile stellt Ingenieure vor Herausforderungen, die sich aus der Beobachtung eines Tieres allein noch nicht lösen lassen.
Die neue Arbeit ergänzt damit frühere Untersuchungen zur Beweglichkeit und Koordination der Krakenarme. Wie komplex diese Steuerung ist, beschreibt auch die FUW-Recherche dazu, wie Oktopusse ihre acht Arme koordinieren. Eine weitere Untersuchung auf Forschung-und-Wissen.de verfolgt eine neue Spur zum Ursprung ihrer Intelligenz. Die aktuelle Arbeit richtet den Blick dagegen auf die konkrete Mechanik, mit der ein Tier seine Körperform an eine physische Grenze anpasst.
Als nächstes wollen die Autoren genauer untersuchen, welche Rolle die Muskulatur im Mantel und die räumliche Abstimmung der Arme spielen. Dafür müssen weitere Öffnungsformen getestet werden, denn ein rundes Loch stellt andere Anforderungen als ein langer schmaler Schlitz oder ein gekrümmter Tunnel. Erst solche Vergleiche zeigen, ob die Tiere eine allgemeine Bewegungsregel nutzen oder ihre Flucht für jede Geometrie neu organisieren.
W. Xin et al., Journal of Experimental Biology, Overcoming environmental constraints: octopus uses 3-step or 4-step strategies to squeeze through small holes; doi:10.1242/jeb.252825
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