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. 

Holger R. Goerlitz hat eine neue Förderung im Rahmen des Emmy Noether Programms erhalten, um für ein weiteres Jahr die sensorischen Strategien zu erforschen, die Räuber-Beute-Interaktionen zugrunde liegen.

Erneute Emmy Noether Förderung

Holger R. Goerlitz hat eine neue Förderung im Rahmen des Emmy Noether Programms erhalten, um für ein weiteres Jahr die sensorischen Strategien zu erforschen, die Räuber-Beute-Interaktionen zugrunde liegen.
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.
Anordnungen vieler Mikrofone sind äußert hilfreich, um Tiere und deren Rufe zu untersuchen, verlangen aber exakte Messungen der Mikrofonpositionen. Diese sind oft schwer und zeitaufwändig. Hier präsentieren wir eine Methode zur Selbstkalibration dieser Mikrofonpositionen basierend auf akustischen Signalen von nur einem Lautsprecher.

Stabile Methode zur Selbstkalibration von Mikrofonpositionen

Anordnungen vieler Mikrofone sind äußert hilfreich, um Tiere und deren Rufe zu untersuchen, verlangen aber exakte Messungen der Mikrofonpositionen. Diese sind oft schwer und zeitaufwändig. Hier präsentieren wir eine Methode zur Selbstkalibration dieser Mikrofonpositionen basierend auf akustischen Signalen von nur einem Lautsprecher.
Mopsfledermäuse tricksen Nachfalter aus, die ihre Echoortungslaute hören können. Entdecken die Fledermäuse einen Nachfalter und nähern sich an, werden ihre Rufe mit abnehmender Distanz zum Falter immer leiser. So merkt der Nachtfalter – wenn überhaupt - erst kurz vor dem Fang, dass er zur Zielscheibe geworden ist.

"Akustische Tarnkappe": Die leise Jagd der Mopsfledermäuse

Mopsfledermäuse tricksen Nachfalter aus, die ihre Echoortungslaute hören können. Entdecken die Fledermäuse einen Nachfalter und nähern sich an, werden ihre Rufe mit abnehmender Distanz zum Falter immer leiser. So merkt der Nachtfalter – wenn überhaupt - erst kurz vor dem Fang, dass er zur Zielscheibe geworden ist.
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.

CONARE-MPG finanziert ein Gemeinschaftsprojekt von Gloriana Chaverri (Universität von Costa Rica), Damien Farine (MPIO Konstanz) und Holger Goerlitz, um die "Akustische Kommunikation für die Gruppenkoordination im Flug" zu untersuchen.

Akustische Kommunikation zur Gruppenkoordination im Flug

CONARE-MPG finanziert ein Gemeinschaftsprojekt von Gloriana Chaverri (Universität von Costa Rica), Damien Farine (MPIO Konstanz) und Holger Goerlitz, um die "Akustische Kommunikation für die Gruppenkoordination im Flug" zu untersuchen.
Wissenschaftler der Forschungsgruppe Akustische und Funktionelle Ökologie aus Seewiesen zeigen in einer neuen Studie, dass Große Hufeisennasen akustische Signale der Umgebung nutzen, um die begrenzte Reichweite ihrer Echoortungslaute deutlich zu vergrößern.

Gespitzte Ohren: Wie Fledermäuse verschiedene Hörereignisse gleichzeitig auswerten

Wissenschaftler der Forschungsgruppe Akustische und Funktionelle Ökologie aus Seewiesen zeigen in einer neuen Studie, dass Große Hufeisennasen akustische Signale der Umgebung nutzen, um die begrenzte Reichweite ihrer Echoortungslaute deutlich zu vergrößern.
Die Abschwächung des Schalls in der Luft hängt von den Wetterbedingungen ab, insbesondere für die hohen Frequenzen der Echortung von Fledermäusen. Dieser Methodenartikel quantifiziert die Einflüsse des Wetters für verschiedene Schallfrequenzen und analysiert, wie dadurch Frequenzmessungen und die Identifizierung von Arten eingeschränkt werden.

Das Wetter beeinflusst akustische Messungen (von Fledermäusen und Menschen)

Die Abschwächung des Schalls in der Luft hängt von den Wetterbedingungen ab, insbesondere für die hohen Frequenzen der Echortung von Fledermäusen. Dieser Methodenartikel quantifiziert die Einflüsse des Wetters für verschiedene Schallfrequenzen und analysiert, wie dadurch Frequenzmessungen und die Identifizierung von Arten eingeschränkt werden.
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