Warum Fledermäuse im Flug nicht zusammenstoßen

In Umgebungen, die ihre Echo-Ortung stören, vermeiden Fledertiere Kollisionen durch Frequenzverschiebung und mentale Musterbildung

Fledermaus im Jagdanflug
Fledermaus im Jagdanflug

Providence (USA) - Selbst im dichten Wald oder in großen Gruppen gelingt es Fledermäusen, beim schnellen Jagen ihrer Beute nirgendwo anzustoßen. Mit welchem Trick sie dabei arbeiten, haben jetzt Forscher aus den USA und Japan mithilfe winziger Mikrofone herausgefunden: In Umgebungen mit vielen Hindernissen stoßen die Tiere häufiger ihre Ultraschalltöne aus und verschieben dabei die Frequenz, um die Echo-Antworten auseinander halten zu können. Obendrein speichern Fledermäuse offenbar mentale Muster ab, um Ursprungston und Echo schneller zuordnen zu können. Ihre Details veröffentlichten die Forscher vorab in den "Proceedings of the National Academy of Sciences Early Edition". Die Ergebnisse dürften auch helfen, bessere Radar- und Sonarsysteme zu entwickeln und so genannte "Phantom-Objekte" zu vermeiden.

"Sie haben dies entwickelt, damit sie im Durcheinander fliegen können. Andernfalls würden sie gegen Bäume und Äste prallen", erklärt James Simmons, Professor für Neurowissenschaften an der Brown University. Er hatte über Jahre hinweg Fledermäuse im Flug gefilmt. Nun wollte er untersuchen, weshalb die Tiere auch im schnellen Zickzackflug, eng beieinander und in dicht belaubten Wäldern blitzschnell Hindernissen ausweichen können. Entsprechend konstruierte sein Team einen künstlichen Wald aus langen Ketten: 13 mal 11 Reihen vom Boden bis zur Decke gespannt, in einer U-Form von sechs Metern Tiefe. Diesen Raum statteten sie mit Mikrofonen aus - für die Details der Echo-Ortung - sowie mit hochauflösenden Thermokameras, um den Flugweg der Tiere aufzunehmen. Dann trainierten sie Große Braune Fledermäuse (Eptesicus fuscus) darauf, in das Gewirr hineinzufliegen. Winzige Funkmikrofone an deren Kopf, entwickelt von Kollegen der japanischen Doshisha University, registrierten das ausgesandte Ultraschall-Zirpen sowie die ankommenden Echos.

Schnell stellte sich heraus, dass die Fledermäuse aufgrund der dichten Hindernisse in unterschiedlichen Entfernungen überlappende Echos bekamen. Diese können zu Verwirrung und "Phantom-Objekten" führen. Besonders gilt das, weil die Tiere in solcher Umgebung ihre Töne in schnellerer Abfolge ausstoßen, um ein detaillierteres Bild der Umgebung zu erhalten. Sie senden Paare von Zirptönen aus, mit 20 bis 40 Millisekunden oder auch länger als 50 Millisekunden Abstand zueinander. Bei Tönen schneller Abfolge kommt das Echo des ersten Tons oft erst an, wenn der folgende schon ausgesandt wird. Und im Experiment führte insbesondere die regelmäßige räumliche Anordnung der Ketten gleich zu einer Reihe mehrerer Echos, die bis zu 40 Millisekunden andauern konnte.

Wie die Forscher feststellten, greifen die Fledermäuse in solchem Fall zur Frequenzmodulation, um die Töne auseinanderzuhalten: Sie heben die Frequenz des ersten ihrer Doppeltöne um 3 bis 6 Kilohertz nach oben und senken den zweiten um dasselbe Maß. Diese nur geringe Frequenzverschiebung stellt sicher, dass die Töne innerhalb des gesamten Frequenzbereichs von 75 bis 85 Kilohertz Breite bleiben, in welchem Fledermäuse orten. Trotzdem verbessert die gezielt veränderte Tonstruktur das Wiedererkennen der Echos. Offenbar erstellen die Fledermäuse sogar eine mentale Schablone für jedes Paar von ausgesandtem Ton und zugehörigem Echo, berichten Simmons und Kollegen. Auf diese Weise können sie die passenden Töne schneller zuordnen. Allerdings sparen die Flattertiere Energie und nutzen diese Frequenzverschiebung nur, wenn sie notwendig ist - sobald sie wieder in ruhigere Umgebungen fliegen, endet der zusätzliche Aufwand.