Forschungsgruppe Akustische und Funktionelle Ökologie

Forschungsgruppe Akustische und Funktionelle Ökologie

Die Emmy Noether geförderte Forschungsgruppe „Akustische und Funktionelle Ökologie“ untersucht die funktionellen und ökologischen Prinzipien sensorischer Verarbeitung und korrespondierendem Verhalten.

Wir untersuchen diese Fragen im Kontext ökologisch relevanter Räuber-Beute-Beziehungen am Beispiel von echoortenden Fledermäusen und hörenden Insekten als Modellsysteme für auditorische Informationsverarbeitung und auditorisch-gesteuertes Verhalten.

Sensorische Prozesse sind die Voraussetzung, damit ein Tier seine Umwelt wahrnehmen und mit dieser Umwelt interagieren kann, einschließlich solcher für das Überleben entscheidender Aktivitäten wie Nahrungssuche und Räubervermeidung. Demensprechend unterlag nicht nur die Morphologie der Tiere der natürlichen Selektion, sondern auch deren Sinnessysteme und Verhalten. Unser übergeordnetes Forschungsziel ist ein funktionelles Verständnis von Sinnessystemen und deren Bedeutung für ökologische und evolutionäre Prozesse. Dazu untersuchen wir Fledermäuse und Nachtfalter als zwei Modellsysteme für komplexe und einfache auditorische Verarbeitung und auditorisch gesteuertes Verhalten. 

Echoortende Fledermäuse nutzen zu großen Teilen auditorische Information zur Orientierung, Nahrungssuche und Kommunikation. Fledermäuse sind daher ein hervorragendes Modellsystem, um auditorische Verarbeitung und die Anpassungen von Sinnessystemen an die ökologischen Anforderungen eines Tieres zu untersuchen. In unserer Arbeit erforschen wir die schall-basierte Wahrnehmung der Umwelt, die Bedeutung von Schallen für inner- und zwischen-artliche Interaktionen, dynamische Aspekte der sensorische Verarbeitung zur Wahrnehmung komplexer und variabler auditorischer Szenen, und die Effekte der Umwelt, einschließlich zum Beispiel des Klimawandels, auf die schall-basierte Wahrnehmung. 

Das Gehör von Nachtfaltern der Gruppe der Noctuoidea ist, im Gegensatz zu dem flexiben Sinnes- und Motorsystem der Fledermäuse, einfach und besteht aus nur 1-4 auditorischen Neuronen, die ein zweistufiges Ausweichverhalten auslösen. Die gut verstandene Neurobiologie des Nachtfalterohres ist eine hervorragende Grundlage, um nun das Ausweichverhalten systematisch zu untersuchen, welches der durch Fledermäuse selektierte Phänotyp ist. Die verschiedenen Nachtfalterfamilien unterscheiden sich in der Zahl der auditorischen Rezeptorzellen und zusätzlicher Anti-Räuber-Strategien, wodurch wir die Funktion und den adaptiven Wert des Ausweichverhaltens und dessen Variabilität (protean behaviour) in einem vergleichenden Ansatz untersuchen können. Insbesondere testen wir biologische Hypothesen bezüglich der Risiko-abhängigen Evolution des erratischen Flugs, des Andauerns des Ausweichflugs ohne sensorische Stimulation, und der phänotypsichen Variabilität als Anpassung an den Räuberdruck. 

Echoortende Fledermäuse und Nachtfalter mit Ohren befinden sich in einem eng verzahnten evolutiönaren Wettrüsten. Diese Räuber-Beute-Beziehung basiert ausschließlich auf akustischer Information und auf auditorisch gesteuertem Verhalten zur Nahrungssuche und Räubervermeidung. Beide Gruppen sind daher ein ideales Modellsystem zur Untersuchung auditorischen Verhaltens an zwei Extremen der sensorischen Verarbeitung. Da beide Gruppen auf funktionaler, ökologischer und evolutionärer Ebene miteinander interagieren, ergibt sich ein vielschichtiges und komplexes System gegenseitiger Beeinflussung und Abhängigkeit. Mit unserer Forschung untersuchen wir die auditorische Verarbeitung und auditorisch gesteuertes Verhalten auf all diesen Ebenen, vom Individuum bis zur Population. 

Nachtfalterarten zeigen unterschiedliche artspezifische Ausweichmanöver in Reaktion auf denselben simulierten Angriff einer Fledermaus. Diese Variabilität der Ausweichmanöver erhöht die Variabilität für die angreifenden Fledermäuse und schützt somit die ganze Nachtfaltergemeinschaft vor ihren Räubern

Jeder Nachtfalter flieht anders

Nachtfalterarten zeigen unterschiedliche artspezifische Ausweichmanöver in Reaktion auf denselben simulierten Angriff einer Fledermaus. Diese Variabilität der Ausweichmanöver erhöht die Variabilität für die angreifenden Fledermäuse und schützt somit die ganze Nachtfaltergemeinschaft vor ihren Räubern
Gerade erschienen: Unsere Forschung in den Highlights der Forschung des Jahrbuches 2018. Holger Goerlitz’ Bericht über Räuber-Beute-Interaktionen für das Jahrbuch 2018 der Max-Planck-Gesellschaft wurde als einer von 15 Highlights ausgewählt.

Die Jahrbuch-Highlights der Max-Planck-Gesellschaft 2018

Gerade erschienen: Unsere Forschung in den Highlights der Forschung des Jahrbuches 2018. Holger Goerlitz’ Bericht über Räuber-Beute-Interaktionen für das Jahrbuch 2018 der Max-Planck-Gesellschaft wurde als einer von 15 Highlights ausgewählt.
Die Echoortung von Fledermäusen verwendet trotz der unterschiedlichen Anatomie von Augen und Ohren Informationen über dreidimensionale Raumstruktur, wie sie auch der Sehsinn verwendet.

Fledermäuse hören in 3D

Die Echoortung von Fledermäusen verwendet trotz der unterschiedlichen Anatomie von Augen und Ohren Informationen über dreidimensionale Raumstruktur, wie sie auch der Sehsinn verwendet.
Wohin gehen Fledermäuse zum Essen? Echoortende Fledermäusen nutzen die soziale Information der Echoortungsrufe anderer Fledermäuse, um Nahrung zu finden. Ein weiträumiges Freilandexperiment zeigt, dass sie Informationen über die Artzugehörigkeit, die Aktivität von Artgenossen und Beutehäufigkeit integrieren.

Allgegenwärtige Nutzung sozialer Information in Fledermäusen

Wohin gehen Fledermäuse zum Essen? Echoortende Fledermäusen nutzen die soziale Information der Echoortungsrufe anderer Fledermäuse, um Nahrung zu finden. Ein weiträumiges Freilandexperiment zeigt, dass sie Informationen über die Artzugehörigkeit, die Aktivität von Artgenossen und Beutehäufigkeit integrieren.
Eine internationales Team von Wissenschaftlern mit Beteiligung von Forschern aus Seewiesen setzte Miniatursender ein, um die Nahrungssuchstrategien von fünf Fledermausarten zu erforschen. Sie analysierten hoch aufgelöste GPS-Positionen der Fledermäuse zusammen mit ihren jeweiligen Echoortungsrufen. So fanden sie heraus, dass gemeinsames Jagen von der Verfügbarkeit der Nahrungsquelle abhängig ist: Wenn die Tiere nach Futter suchten, das nur sehr lokal oder für einen geringen Zeitraum zur Verfügung stand, zahlte es sich aus, anstatt alleine in einer Gruppen zu jagen und so die Chance zu erhöhen, das Futter zu finden.

Ist Nahrung nur kurzfristig oder lokal verfügbar, gehen Fledermäuse gemeinsam auf die Jagd

Eine internationales Team von Wissenschaftlern mit Beteiligung von Forschern aus Seewiesen setzte Miniatursender ein, um die Nahrungssuchstrategien von fünf Fledermausarten zu erforschen. Sie analysierten hoch aufgelöste GPS-Positionen der Fledermäuse zusammen mit ihren jeweiligen Echoortungsrufen. So fanden sie heraus, dass gemeinsames Jagen von der Verfügbarkeit der Nahrungsquelle abhängig ist: Wenn die Tiere nach Futter suchten, das nur sehr lokal oder für einen geringen Zeitraum zur Verfügung stand, zahlte es sich aus, anstatt alleine in einer Gruppen zu jagen und so die Chance zu erhöhen, das Futter zu finden.
Weißes Licht, aber auch vermeintlich Fledermaus-freundliche Lichtfarben wie orange und rot haben negative Einflüsse auf Fledermäuse in Höhlen und beim Ausflug

Negativer Einfluss von Höhlenbeleuchtung auf Fledermäuse

Weißes Licht, aber auch vermeintlich Fledermaus-freundliche Lichtfarben wie orange und rot haben negative Einflüsse auf Fledermäuse in Höhlen und beim Ausflug
Zwei Studien, in denen wir die Detektion von Echos und die auditorische Interaktion in großen Gruppen von Fledermäusen (Beleyur & Goerlitz, PNAS), und den Ausweichflug von Nachtfaltern basierend auf der Aktivität von Hörzellen (Goerlitz et al, J Theor Biol) modellieren, wurden gerade zur Publikation akzeptiert!

Zwei Modellierungs-Studien akzeptiert

Zwei Studien, in denen wir die Detektion von Echos und die auditorische Interaktion in großen Gruppen von Fledermäusen (Beleyur & Goerlitz, PNAS), und den Ausweichflug von Nachtfaltern basierend auf der Aktivität von Hörzellen (Goerlitz et al, J Theor Biol) modellieren, wurden gerade zur Publikation akzeptiert!
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