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Die lautlosen Jäger der Nacht
Der Ultraschall der Fledermäuse - Eindrücke aus einer für Menschen nicht wahrnehmbaren Welt
von Anna-Maria Seibert
Kurz vor Mitternacht auf einem kleinen Bauernhof südlich von Bourges, Zentralfrankreich. Es ist windstill und stockdunkel, nur ein paar Sterne funkeln am klaren Himmel. Man fühlt sich allein. Plötzlich knipst meine Kollegin ihre Stirnlampe an und zeigt nach oben – und vorbei ist die Einsamkeit.
Über uns kreisen lautlos, unheimlich schnell und wendig etwa 20 Fledermäuse: Nyctalus leisleri, der kleine Abendsegler. Warum wir die Art bestimmen können? Wir sind Biologen bei der Freilandarbeit und haben deshalb unsere Messinstrumente dabei. In diesem Falle reicht oftmals eine kleine Box, die man Bat-Detector nennt. Schaltet man ihn an, ist auch die nächtliche Stille passé. Ein lautes Knattern begleitet jedes Tier, welches über unsere Köpfe huscht – bei dieser Anzahl an kreisenden Tieren bedeutet das Dauerlärm. Dabei generiert dieser Bat-Detector nicht die Laute, sondern macht durch ein Frequenzteilungsverfahren lediglich hörbar, was wir Menschen nicht wahrnehmen können: den Ultraschall.
Gesunde, junge Menschenohren können Frequenzen von 20 bis 20 000 Hertz wahrnehmen. Manche Tiere, wie z.B. Elefanten oder die großen Bartenwale, benutzen tiefere Frequenzen, den so genannten Infraschall. Alle Frequenzen oberhalb von 20 000 Hertz nennt man Ultraschall. Dieser wird von Mäusen, Fröschen, manchen Insekten, Delfinen oder eben Fledermäusen benutzt. Die beiden Letzteren kommunizieren nicht nur mit diesen hohen Tönen, sondern orientieren sich auch damit: mittels Echoortung.
Das Prinzip der Echoortung hat sich auch der Mensch beim Sonar (z.B. bei U-Booten) oder beim Radar (z.B. in der Luftfahrt) zunutze gemacht. Die Methode ist recht einfach: man sendet einen Laut aus und lauscht dem Echo, wie man in Abbildung 1 gut erkennen kann. Manche blinden Menschen können sich rudimentär durch Zungenschnalzen in unbekannten Räumlichkeiten durch das zurückgeworfene Echo orientieren. Fledermäuse und Delfine haben das System perfektioniert und können anhand des Echos nicht nur Hindernissen im Dunkeln in erstaunlicher Geschwindigkeit ausweichen, sondern auch Beute detektieren, genau klassifizieren, verfolgen und fangen. Für uns Menschen ist das schwer vorstellbar, da wir uns primär visuell orientieren. Sobald sich eine braune Motte an einem braunen Baumstamm tarnt, haben wir Probleme sie zu sehen. Fledermäuse als Meister ihres Faches können jedoch genau dies allein mit ausgesendetem Schall und zurückkommendem Echo. Sie „pflücken“ Spinnen von alten Mauern, die nur wenige Millimeter hervorragen, oder erbeuten Insekten, die sich unter Blättern versteckt halten. Wie genau sie das tun, ist noch unbekannt. Doch mit diesen Fragestellungen beschäftigt sich die Fledermausgruppe von Professor Schnitzler und Dr. Annette Denzinger in der Tübinger Tierphysiologie.
Tollwut von Graf Dracula?
Für viele Menschen sind Fledermäuse eher unheimlich. Wahrscheinlich liegt das daran, dass sie nachts in für uns undurchdringlicher Dunkelheit aktiv sind, Fotos sie meist mit weit aufgerissenem Maul und spitzen Zähnen zeigen (siehe Abbildung 2), sie als Tollwutüberträger gefürchtet sind, Graf Dracula und Vampire einfach einen schlechten Ruf haben und manche Frauen aus unerfindlichen Gründen Panik haben, die Tiere könnten sich in ihren Haaren verheddern. Zur allgemeinen Beruhigung kann man sagen: Dracula ist eine Legende, Vampir-Fledermäuse gibt es nur in Südamerika, die Gefahr, sich durch Hunde oder Katzen mit Tollwut zu infizieren ist sehr viel größer, und das Maul reißen die kleinen Tiere nur deswegen so weit auf, weil sie auf ihre Rufe angewiesen sind, um eben nicht mit ihren Beobachtern zu kollidieren.
Was viele nicht wissen: Fledermäuse (lat. Microchiroptera) sind Fledertiere, zu denen auch die Früchte fressenden Flughunde (lat. Megachiroptera) gezählt werden. Diese Tierordnung gehört mit knapp 1000 verschiedenen Spezies zu den artenreichsten Säugetieren weltweit. In Deutschland sind etwa 25 Fledermausarten heimisch – viele von ihnen sind leider ernsthaft bedroht, da Landwirtschaft, Forstbetrieb und moderne Gebäude ihnen immer weniger Unterschlupfmöglichkeiten bieten und ihre Nahrungsvielfalt verringern.
Hierzulande vertilgen alle Fledermausarten enorme Mengen an Insekten; in Ausnahmefällen fressen sie auch Mäuse und kleine Vögel. In den Tropen ist ihr Nahrungsspektrum schon breiter. Dort gibt es Insektenfresser, Fleischfresser, Fischfresser, Früchtefresser, Nektarschlürfer und eben auch die blutleckenden Vampire.
Der 16-fache Lauschangriff
Die Echoortung der Fledermäuse wird seit den frühen Neunzigern im Freiland erforscht. Anfangs bestand sie darin, mit nur einem Mikrofon die Rufe aufzunehmen. Verschiedene Parameter, wie die Dauer und Frequenzverläufe der einzelnen Laute, können so gut untersucht werden. Inzwischen haben sich jedoch ganz neue Fragestellungen ergeben. Wie verhalten sich mehrere Tiere, die gleichzeitig jagen? Sind dann einige still und lauschen dem Echo der anderen? Oder wenn eine Fledermaus nachts einen Waldweg entlang fliegt, ruft sie ihre Ortungslaute dann immer in ihre Flugrichtung oder „tastet“ sie ihre Umgebung abwechselnd links und rechts ab?
Um sich den Echoortungslaut einer Fledermaus bildlich vorzustellen, bietet sich der Vergleich mit dem Strahl einer Taschenlampe an. Ähnlich wie der Lichtkegel der Lampe wird auch der Schallkegel von der Fledermaus ausgehend den Raum vor ihr ausfüllen. Doch wie ist so ein Schallkegel geformt? Ist er bei jeder Fledermausart gleich? Verändert er sich, wenn das Tier sein Verhalten ändert? Bei diesen Fragen reicht ein einzelnes Mikrofon nicht mehr aus. Stattdessen ziehen wir mit einem Mikrofon-Array ins Feld. Es besteht aus 16 Mikrofonen in einem vier mal vier Meter großen vertikalen Rahmen (siehe Abbildung 3 und Abbildung 4). Damit können wir den ganzen Schallkegel „abtasten“ und auch Aussagen über die absolute Lautstärke machen.
Kistenweise Technik nachts draußen im Wald ist ziemlich herausfordernd, aber in der Bioakustik - der systematischen Erforschung von Tierlauten - keine Seltenheit mehr. Mit zwei Infrarotkameras wird stereo gefilmt, wie die jagenden Fledermäuse dem Array ausweichen und akrobatische Flugmanöver hinlegen. Mit den Bildern kann anschließend die Flugroute am Computer in 3-D rekonstruiert werden und man kann genau sagen, an welcher Stelle welcher Laut ausgestoßen wurde. Alternativ kann die Position des Tieres auch anhand der unterschiedlichen Laufzeiten des Schallsignals zu den verschiedenen Mikrofonen berechnet werden.
Zur Analyse werden die aufgenommenen digitalen Laute in einem Spektrogramm durch ein mathematisches Verfahren (der so genannten schnellen Fourier-Transformation) anschaulich dargestellt (siehe Abbildung. 6). Wie man dadurch erkennen kann, hat der Echoortungsruf einer Zwergfledermaus in Bebenhausen eine konstante Endfrequenz am Schluss des Lautes, anhand derer die meisten Fledermausarten von einander unterschieden werden können. Eine andere Doktorandin aus dem Arbeitskreis von Dr. Annette Denzinger analysiert die Endfrequenzen von Fledermäusen europaweit und untersucht, wie sich diese mit dem gemeinsamen Vorkommen verschiedener Fledermausarten ändern. Dabei wird auch ökologischen und evolutionsbiologischen Fragestellungen nachgegangen.
Ein akustischer Fußabdruck
Die Daten, die wir mit 16 Mikrofonen gleichzeitig aufnehmen, sind sehr umfangreich. Mit Hilfe von komplexen Auswertprogrammen kann der Schallkegel so rekonstruiert werden, wie er auf unser Mikrofonarray trifft (siehe Abbildung 5) Die 16 schwarzen Punkte zeigen die Positionen der Mikrofone und die Lautstärke wird wieder farbcodiert dargestellt. In der Mitte des Kegels ist der Ruf der Fledermaus am lautesten, nach außen hin nimmt die Lautstärke rasch ab und einige Mikrofone am Rand bekommen nichts mehr von dem Signal ab (blau). Diese Darstellungsart nennen wir „Sonar Footprint“ – der akustische Fußabdruck, den ein Tier auf dem Array hinterlässt. Verändert das Tier seine Position und sendet einen weiteren Ruf aus, sieht dieser Footprint je nach Entfernung und Winkel wieder anders aus.
Mit diesen Daten können wir nachvollziehen, wo eine Fledermaus mit ihrem Echolot „hinschaut“, während sie vor dem Array jagt oder vorbeifliegt. Wir können erforschen, wie sie ihre Umgebung wahrnimmt, wenn z.B. unbekannte Objekte darin auftauchen – sei es eine Mücke in Bebenhausen oder ein Bauernhaus südlich von Bourges.
Links
Institut für Neurobiologie |
www.uni-tuebingen.de/tierphys
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