Hier ist, was Fledermäuse ’sehen‘, wenn sie die Welt mit Ton erkunden

Night falls auf Barro Colorado Island in Panama. Ein goldener Schein badet die unzähligen Grüntöne des tropischen Waldes. In dieser verzauberten Stunde werden die Bewohner des Waldes rauh. Brüllaffen knurren. Vögel Geschwätz. Insekten trompeten ihre Anwesenheit zu potenziellen Partnern. Andere Geräusche schließen sich dem Kampf an-Anrufe, die für menschliche Ohren zu hoch sind, um sie zu hören. Sie kommen von Jägern, die in die Nacht ziehen: Fledermäuse.

Einige dieser zierlichen Raubtiere fangen riesige Insekten oder sogar Eidechsen, die sie zurück zu ihren Hähnen schleppen., Die Fledermäuse spüren ihre Umgebung und finden Beute, indem sie rufen und auf Echos hören, die gemacht werden, wenn diese Geräusche von Objekten abprallen. Dieser Vorgang wird als Echolokation (Ek-oh-loh-KAY-shun) bezeichnet.

Es ist“ ein sensorisches System, das uns irgendwie fremd ist“, sagt Verhaltensökologin Inga Geipel., Sie untersucht, wie Tiere mit Ihrer Umgebung interagieren, an der Smithsonian Tropical Research Institute in Gamboa, Panama. Geipel betrachtet Echolokalisierung als Gang durch eine Klangwelt. „Es ist, als hätte man die ganze Zeit Musik um sich herum“, sagt sie.

Aufgrund der Funktionsweise der Echolokalisierung dachten Wissenschaftler lange, Fledermäuse könnten keine kleinen Insekten finden, die still auf einem Blatt sitzen. Ein Echo, das von einem solchen Käfer abprallt, würde durch das vom Blatt reflektierte Geräusch übertönt, dachten sie.

Fledermäuse sind nicht blind., Aber sie verlassen sich auf Ton für Informationen, die die meisten Tiere mit ihren Augen bekommen. Viele Jahre lang dachten Wissenschaftler, dass dies die Sicht einer Fledermaus auf die Welt einschränkte. Aber neue Beweise stürzen einige dieser Ideen um. Es zeigt, wie andere Sinne Fledermäusen helfen, das Bild auszufüllen. Mit Experimenten und Technologie erhalten Forscher den bisher besten Blick darauf, wie Fledermäuse die Welt „sehen“.

In Panama arbeitet Geipel mit der gemeinen Großohrfledermaus Micronycteris microtis. „Ich bin ziemlich glücklich, dass ich sie nicht hören kann, weil ich denke, sie wären … ohrenbetäubend“, sagt sie., Diese winzigen Fledermäuse wiegen etwa so viel wie eine Münze — fünf bis sieben Gramm (0,18 bis 0,25 Unze). Sie sind super flauschig und haben große Ohren, stellt Geipel fest. Und sie haben ein“ wunderbares, schönes “ Nasenblatt, sagt sie. „Es ist direkt über den Nasenlöchern und ist eine Art herzförmiger fleischiger Lappen.“Diese Struktur kann den Fledermäusen helfen, ihren Schallstrahl zu steuern, haben sie und einige Kollegen gefunden.

Ein solches Denken schlug vor, dass Fledermäuse keine Libellen fangen könnten. Nachts, wenn Fledermäuse draußen sind, sitzen Libellen „im Grunde genommen in der Vegetation und hoffen, nicht gefressen zu werden“, sagt Geipel. Libellen haben keine Ohren — sie können nicht einmal eine Fledermaus kommen hören. Das lässt sie ziemlich wehrlos, wie sie in der Stille sitzen.

Aber das Team bemerkte, dass M. microtis sich an Libellen zu erfreuen scheint. „Im Grunde ist alles, was unter dem Roost übrig ist, Fledermaus-Kacke und Libellenflügel“, bemerkte Geipel. Wie fanden die Fledermäuse ein Insekt auf seinem Blattbarsch?,

Call and response

Geipel hat einige Fledermäuse gefangen und zu Experimenten in einen Käfig gebracht. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachteten sie und ihre Kollegen, wie sich die Fledermäuse Libellen näherten, die an Blättern klebten. Sie positionierten Mikrofone um den Käfig. Diese verfolgten die Standorte der Fledermäuse, als sie flogen und Anrufe tätigten. Die Fledermäuse flogen nie direkt auf die Insekten zu, bemerkte das Team. Sie stürzten immer von der Seite oder unten ein. Das deutete darauf hin, dass der Annäherungswinkel der Schlüssel war, um ihre Beute auszuloten.,

Um diese Idee zu testen, baute Geipels Team einen Roboterschlägerkopf. Lautsprecher erzeugten Geräusche wie das Maul einer Fledermaus. Und ein Mikrofon imitierte die Ohren. Die Wissenschaftler spielten Fledermausrufe zu einem Blatt mit und ohne Libelle und zeichneten die Echos auf., Indem sie den Fledermauskopf bewegten, stellten sie fest, wie sich die Echos mit dem Winkel änderten.

Fledermäuse benutzten die Blätter wie Spiegel, um Schall zu reflektieren, fanden die Forscher. Nähern Sie sich dem Blatt frontal und die Reflexionen des Schallstrahls überwältigen alles andere, so wie Wissenschaftler gedacht hatten. Es ist ähnlich, was passiert, wenn man direkt in einen Spiegel schaut, während man eine Taschenlampe hält, bemerkt Geipel. Der reflektierte Strahl der Taschenlampe „blendet“ Sie. Aber stehen Sie zur Seite und der Strahl springt schräg ab. Das ist, was passiert, wenn Fledermäuse in einem Winkel swoop in., Ein Großteil des Sonarstrahls reflektiert weg, so dass Fledermäuse schwache Echos erkennen können, die vom Insekt abprallen. „Ich denke, wir wissen immer noch so wenig darüber, wie ihre Echolocation verwenden und was dieses System in der Lage ist,“ Geipel sagt.

Fledermäuse können möglicherweise sogar zwischen ähnlich aussehenden Objekten unterscheiden. Zum Beispiel hat Geipels Team beobachtet, dass Fledermäuse in der Lage zu sein scheinen, Zweige von Insekten zu unterscheiden, die wie Stöcke aussehen. „Sie haben ein sehr genaues Verständnis für ein Objekt, das sie finden“, bemerkt Geipel.

wie Genau?, Andere Wissenschaftler trainieren Fledermäuse im Labor, um zu versuchen, zu entwirren, wie klar sie Formen wahrnehmen.

Handflächengroße Welpen

Fledermäuse können ein oder zwei Tricks lernen und scheinen es zu genießen, für Leckereien zu arbeiten. Kate Allen, ist Neurowissenschaftler an der Johns Hopkins University in Baltimore, Md. Sie vergleicht die Eptesicus fuscus Fledermäuse, mit denen sie arbeitet ,mit “ kleinen palmengroßen Welpen.,“Der gebräuchliche Name dieser Art, die große braune Fledermaus, ist eine falsche Bezeichnung. „Der Körper ist etwa Huhn-Nugget-Größe, aber ihre tatsächliche Spannweite ist wie 10 Zoll“, stellt Allen fest.

Allen trainiert ihre Fledermäuse, um zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichen Formen zu unterscheiden. Sie verwendet eine Methode, die Hundetrainer verwenden. Mit einem Klicker macht sie ein Geräusch, das die Verbindung zwischen einem Verhalten und einer Belohnung verstärkt — hier ein leckerer Mehlwurm.

In einem dunklen Raum mit Anti-Echo-Schaum sitzen die Fledermäuse in einer Kiste auf einer Plattform. Sie stehen vor der Öffnung der Box und echolocate zu einem Objekt vor ihnen. Wenn es eine Hantelform ist, klettert eine trainierte Fledermaus auf die Plattform und bekommt eine Belohnung. Aber wenn die Fledermaus einen Würfel spürt, sollte sie stehen bleiben.

Außer dass es eigentlich kein Objekt gibt., Allen Tricks ihre Fledermäuse mit Lautsprechern, die die Echos spielen, dass ein Objekt dieser Form reflektieren würde. Ihre Experimente verwenden einige der gleichen akustischen Tricks, die von Musikproduzenten verwendet werden. Mit ausgefallener Software können sie einen Song so klingen lassen, als wäre er in einer Echo-Y-Kathedrale aufgenommen worden. Oder sie können Verzerrung hinzufügen. Computerprogramme tun dies, indem sie einen Ton ändern.

Allen zeichnete die Echos von Fledermausrufen auf, die von einer echten Hantel oder einem Würfel aus verschiedenen Winkeln abprallten. Wenn die Fledermaus in der Box Anrufe, Allen verwendet das Computerprogramm, um diese Anrufe in die Echos zu verwandeln, die die Fledermaus hören soll., Das erlaubt Allen zu kontrollieren, welches Signal der Schläger bekommt. „Wenn ich sie nur das physische Objekt haben lasse, könnten sie ihren Kopf drehen und viele Winkel bekommen“, erklärt sie.

Allen wird die Fledermäuse mit Winkeln testen, die sie noch nie zuvor geklungen haben. Ihr Experiment untersucht, ob Fledermäuse etwas tun können, was die meisten Menschen leicht tun. Stellen Sie sich ein Objekt wie einen Stuhl oder einen Bleistift. In deinem Kopf kannst du es vielleicht umdrehen. Und wenn Sie einen Stuhl auf dem Boden sitzen sehen, wissen Sie, dass es ein Stuhl ist, egal in welche Richtung er zeigt.,

Allens experimentelle Studien wurden durch die Coronavirus-Pandemie verzögert. Sie kann nur ins Labor gehen, um sich um die Fledermäuse zu kümmern. Sie vermutet jedoch, dass die Fledermäuse die Objekte erkennen können, selbst wenn sie sie aus neuen Blickwinkeln betrachten. Warum? „Wir wissen, wenn wir sie jagen sehen, können sie Insekten aus jedem Blickwinkel erkennen“, sagt sie.

Das Experiment kann auch Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie viel Fledermäuse ein Objekt untersuchen müssen, um ein mentales Bild zu bilden. Reichen ein oder zwei Echos aus? Oder dauert es eine Reihe von Anrufen aus vielen Blickwinkeln?

Eines ist klar., Um ein Insekt in Bewegung zu fangen, muss eine Fledermaus mehr tun, als ihren Klang aufzunehmen. Es muss den Fehler verfolgen.

verfolgen Sie?

Stellen Sie sich einen überfüllten Flur vor, vielleicht in einer Schule vor der COVID-19-Pandemie. Kinder eilen zwischen Schließfächern und Klassenzimmern. Aber selten kollidieren Menschen. Das liegt daran, dass, wenn Menschen eine Person oder ein Objekt in Bewegung sehen, ihr Gehirn den Weg vorhersagt, den es nehmen wird. Vielleicht haben Sie schnell reagiert, um ein fallendes Objekt zu fangen. „Sie nutzen es die ganze Zeit“, sagt Clarice Diebold. Sie ist Biologin und studiert Tierverhalten an der Johns Hopkins University., Diebold untersucht, ob Fledermäuse auch den Weg eines Objekts vorhersagen.

Wie Allen trainierten Diebold und ihre Kollegin Angeles Salles Fledermäuse, um auf einer Plattform zu sitzen. In ihren Experimenten echolokieren sich die Fledermäuse zu einem sich bewegenden Mehlwurm. Der windende Snack ist an einem Motor befestigt, der ihn vor den Fledermäusen von links nach rechts bewegt. Fotos zeigen, dass sich die Köpfe der Fledermäuse immer etwas vor ihrem Ziel drehen. Sie scheinen ihre Anrufe basierend auf dem Weg zu leiten, den sie vom Mehlwurm erwarten.,

machen die Fledermäuse dasselbe, auch wenn ein Teil des Pfades ausgeblendet ist. Dies simuliert, was passiert, wenn ein Insekt zum Beispiel hinter einem Baum fliegt. Aber jetzt ändern die Fledermäuse ihre Echolokationstaktik. Sie tätigen weniger Anrufe, weil sie nicht so viele Daten über den sich bewegenden Mehlwurm erhalten.,

In freier Wildbahn bewegen sich Kreaturen nicht immer vorhersehbar. Die Wissenschaftler beschäftigen sich also mit der Bewegung des Mehlwurms, um zu verstehen, ob Fledermäuse ihre Vorhersagen von Moment zu Moment aktualisieren. In einigen Tests bewegt sich der Mehlwurm hinter einem Hindernis und beschleunigt oder verlangsamt sich dann.

Und die Fledermäuse passen sich an.

Wenn die Beute versteckt ist und etwas zu früh oder etwas zu spät auftaucht, taucht die Überraschung der Fledermäuse in ihren Anrufen auf, sagt Diebold. Die Fledermäuse rufen häufiger an, um mehr Daten zu erhalten. Sie scheinen ihr mentales Modell darüber zu aktualisieren, wie sich der Mehlwurm bewegt.,

Das überrascht Diebold nicht, denn Fledermäuse sind geschickte Insektenfänger. Aber sie hält diese Fähigkeit auch nicht für selbstverständlich. „Frühere Arbeiten an Fledermäusen hatten ergeben, dass sie nicht vorhersagen können“, sagt sie.

Die Beuteschaufel

Aber Fledermäuse holen nicht nur Informationen durch ihre Ohren. Sie brauchen andere Sinne, um ihnen zu helfen, den Grub zu greifen. Batwings haben lange dünne Knochen wie Finger angeordnet. Membranen, die mit mikroskopisch kleinen Haaren bedeckt sind, dehnen sich zwischen ihnen aus. Diese Haare ermöglichen Fledermäusen, Berührungen, Luftströmungen und Druckänderungen zu spüren. Solche Hinweise helfen Fledermäusen, ihren Flug zu kontrollieren., Aber diese Haare können Fledermäusen auch bei der Akrobatik des Essens unterwegs helfen.

Um diese Idee zu testen, hat Brittney Boublil eine Körperhaarentfernung herausgefunden. Boublil ist Verhaltensneurowissenschaftlerin und arbeitet im selben Labor wie Allen und Diebold. Das Entfernen von Haaren aus einem Fledermausflügel unterscheidet sich nicht so sehr davon, wie sich manche Menschen von unerwünschten Körperhaaren befreien.

Bevor Batwings nackt werden, trainiert Boublil ihre großen braunen Fledermäuse, um einen hängenden Mehlwurm zu fangen. Die Fledermäuse echolocate, wie sie in Richtung der Behandlung fliegen. Als sie gehen, um es zu packen, bringen sie ihren Schwanz hoch und herein, mit ihrem Rücken, um den Wurm aufzuheben., Nach dem Fang wirft der Schwanz den Preis in den Mund der Fledermaus-alles während sie noch fliegen. „Sie sind sehr talentiert“, sagt Sie. Boublil erfasst diese Bewegung mit Hochgeschwindigkeitskameras. Dadurch kann sie verfolgen, wie erfolgreich die Fledermäuse die Mehlwürmer ergreifen.

Dann ist es Zeit für eine Anwendung von Nair oder Veet., Diese Produkte enthalten Chemikalien, mit denen Menschen unerwünschte Haare entfernen. Sie können hart auf empfindlicher Haut sein. Also verdünnt Boublil sie, bevor er sie auf einen Fledermausflügel schlägt. Nach ein oder zwei Minuten wischt sie sowohl die Chemikalie-als auch die Haare — mit warmem Wasser ab.

Das feine Haar fehlt, haben die Fledermäuse jetzt mehr Probleme, ihre Beute zu fangen. Boublils frühe Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fledermäuse den Wurm häufiger ohne Schwanz und Flügelhaare vermissen. Knappe Haare Fledermäuse verbringen auch mehr Zeit damit, sich ihrer Beute zu nähern., Boublil glaubt, dass diese Fledermäuse nicht so viele Informationen über den Luftstrom erhalten-Daten, die ihnen helfen können, ihre Bewegungen anzupassen. Das mag erklären, warum sie sich Zeit nehmen, herumzufliegen und sich zu echolokieren.

Diese neuen Ansätze zeigen ein detaillierteres Bild davon, wie Fledermäuse die Welt „sehen“. Viele frühe Erkenntnisse über die Echolokalisierung-die in den 1950er Jahren entdeckt wurde-klingen immer noch wahr, sagt Boublil. Studien mit Hochgeschwindigkeitskameras, ausgefallenen Mikrofonen und ausgefeilter Software zeigen jedoch, dass Fledermäuse eine ausgefeiltere Sicht haben als bisher vermutet., Eine Vielzahl kreativer Experimente hilft jetzt Wissenschaftlern, auf ganz neue Weise in die Köpfe von Fledermäusen einzudringen.