Projekte

Modellhafte bioakustische Untersuchungen am roten Knurrhahn (Trigla lucerna)

Dieses Projekt gab uns Einblicke in die akustische Kommunikation der Knurrhähne mittels der Aufzeichnung ihrer Laute durch Hydrophone.

Zeitraum: 3 Monate und mehr (Projekt-spezifisch)

Ort: Helgoland

Wissenschaftler: AG Prof. Dr. Fischer / Dr. Emanuel Hensel

In den letzten Jahrzehnten hat die Untersuchung der inter- und intraspezifischen Kommunikation zwischen Organismen deutlich an Bedeutung zugenommen, denn der zentrale Stellenwert zur optimalen Anpassung und damit dem Überleben in der Umwelt wurde zunehmend offensichtlich. Das gilt sowohl für die lautspezifische Kommunikation als auch andere Formen, wie z.B. die chemische (mit Duftstoffen), oder die taktile (durch Berührung) etc. Die Durchführung akustischer Forschung im Medium Wasser erschien aus menschlicher Sicht, aufgrund der wenig praktikablen Möglichkeit dort effizient Informationen mittels Töne auszutauschen, wenig attraktiv. Die Natur hat aber jenseits des menschlichen Hörspektrums (in der Luft) Wege gefunden auch in dem physikalisch wesentlich dichteren Medium Wasser akustisch zu kommunizieren, in dem sich im Laufe der Evolution andere Frequenzbereiche etabliert haben. So kommunizieren einige Walarten über Infraschall (wie z.B. Finnwale), andere nutzen Ultraschall (wie z.B. Delfine). Aber eben nicht nur marine Säugetiere, sondern auch Fische tauschen Informationen auf diese Weise aus. So erzeugt der in der Nordsee heimische Rote Knurrhahn (Trigla lucerna) mit seiner Schwimmblase Töne, und wurde daher als vielversprechende Art für weitere Untersuchungen ausgewählt. Im Folgenden wird anhand einer modellhaften bioakustischen Untersuchung ein Einblick in den Ablauf konkreter Forschung gegeben. Die grundlegende Frage dazu lautet: Können Fische sprechen? Die entsprechend zu überprüfende Hypothese lautet: Ja, Fische können sprechen!

Denn die früher weit verbreitete Attributierung „stumm wie ein Fisch im Wasser“ ist nach aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen nicht mehr haltbar, da sich herausgestellt hat, dass mehr als 800 – 1.000 Fischarten mit Lauten kommunizieren. Zwecks Analyse der Töne müssen diese aufgenommen, ausgewertet, erklärt und interpretiert werden. Wie nimmt man nun unter Wasser akustische Signale auf? Mit Hydrophonen – also Mikrophonen, die aufgrund ihrer technischen Beschaffenheit Laute unter Wasser aufzeichnen können.

Aber „simples“ Aufzeichnen allein führte in der ersten Versuchsphase nicht zu verwertbaren Ergebnissen, denn aufgrund der relativ kleinen Fläche (1,80 m * 1,80 m = 3,24m2) des Aquarienschaubeckens welches als Versuchsbeckens verwendet wurde, und dem Umstand, das sich für eine optimale Aufnahme jeweils ein Hydrophon in jeder Ecke befand, kam es zu störenden Interferenzen.

Außerdem wurden die Fischlaute von störenden Umgebungsgeräuschen, d.h. Pumpengeräuschen, überlagert. Daher mussten die Audiotechnik und die Detektor-Software entsprechend angepasst werden. Um eine vereinfachte und verbesserte Auswertung zu ermöglichen, wurde neben akustischen auch visuelle Aufzeichnungen durchgeführt. Dadurch war es möglich Situationen im Ganzen festzuhalten, und bestimmte Verhaltensweisen abgegebenen Lauten (und umgekehrt) zuzuordnen. Für die Versuche wurden neben dem Schaubecken, auch ein Hälterungsbecken verwendet. Das Schaubecken wurde durch entsprechende Umbauten für die Versuche optimiert. Dazu gehörte die Installation einer lichtdichten Verkleidung über und um das Becken herum, um unerwünschte Lichtreflexionen zu vermeiden, sowie die Lichtverhältnisse im Becken, unabhängig von der Deckenbeleuchtung, regeln zu können.

Die Tagesbeleuchtung wurde durch zwei Halogenstrahler erzeugt, die seitlich, von oben oder unten in das Becken leuchteten.

Für die Beleuchtung in der Nacht wurde eine zweite Lichtquelle über dem Becken verwendet, die ein schwaches Licht lieferte und zusätzlich von einem Transmissionsfilter gedämpft wurde. Auf diese Weise wurde auch gewährleistet, dass die Lichtverhältnisse den natürlichen in situ Bedingungen entsprachen und nachts trotzdem noch ausreichend Licht für Videoaufnahmen zur Verfügung stand. Die Videoaufnahmen erfolgten mittels einer über dem Becken angebrachten Videokamera. Die Aufnahmen wurden rund um die Uhr auf einem Computer aufgezeichnet. Der Wasserstand im Versuchsbecken betrug 40 cm. Das Bodensubstrat bestand aus feinem Sediment, das dem natürlichen Lebensraum des Knurrhahns entspricht. Sowohl dieses Becken als auch das Hälterungsbecken wurden mit gefiltertem Seewasser aus der Nordsee im Durchfluss (ca. 2 L / min.) versorgt, sodass nahezu dieselben Bedingungen wie in der Natur herrschten. Da die Tiere jedoch bei Temperaturen unter 6°C im natürlichen Lebensraum in wärmere Bereiche abwandern, bzw. zunehmend träge werden, wurde die Wassertemperatur auf mindestens 11°C gehalten. Die für die Versuche benötigten Tiere wurden vor Beginn der Experimente gewogen und vermessen, um sie hinterher unterscheiden zu können. Waren Tiere nicht durch signifikante Größenunterschiede auseinander zu halten, wurden sie subkutan farblich markiert. Die Tiere wurden in einem Hälterungsbecken mit den Maßen 80 x 120 x 100 cm gehalten, in dem die gleichen Wasserbedingungen (Zusammensetzung, Temperatur) realisiert wurden, wie im Versuchsbecken. Die Tiere wurden im Hälterungsbecken am 1., 3. und 5. Tag mit lebenden Nordseegarnelen Crangon crangon ad libitum gefüttert. Nach dem Umsetzen in das Versuchsbecken wurde ein Tag Eingewöhnungszeit gewährt. Ab dem zweiten Tag wurde jeden Tag zwischen 10:00 und 14:00 Uhr gefüttert. Die Fütterung erfolgte über ein Zulaufrohr ins Aquarium (=Fütterungsrohr), indem die Nordseegarnelen einzeln und nacheinander in das Rohr gegeben und mit 1 Liter Seewasser ins Becken gespült wurden. Die Wartezeit zwischen jeder Garnele betrug 5-10 Minuten, insgesamt wurden jeweils fünf Individuen in das Versuchsbecken gegeben. Auf diese Weise wurde ein direkter Zugriff auf das Versuchsbecken vermieden, der die Tiere in ihrem Verhalten beeinflussen oder zu einer Gewöhnung hätte führen können. Entsprechend dieser Fütterungsmethode mussten die Knurrhähne außerdem aktiv um die Nahrung konkurrieren. Dies entspricht eher den natürlichen Gegebenheiten, als eine reine ad-libitum-Fütterung, und sollte zu einer natürlichen akustischen Kommunikation führen.

Wie aus dieser kurzen Schilderung eines potenziellen Versuchsaufbaus und der entsprechenden Durchführung hervorgeht, ist eine große Menge an Motivation, Energie, Akribie, Flexibilität, Durchhaltevermögen, sowie biologischem, technischem und statistischem Sachverstand notwendig, um verwertbare und aussagekräftige Ergebnisse zu erlangen, und damit allgemeingültige Aussagen treffen zu können. Da aber diese Form der Erkenntnisgewinnung und die damit zu verbindende Wissensvermittlung zum Erhalt der Natur, dem Überleben der Arten und somit letztlich auch der menschlichen Existenz beitragen, hat sich die Aquarium Research Foundation e.V. zum Ziel gesetzt, die Forschung im Aquarium zu fördern.