Der Klettverschluss kam von Kletten. Die Schmitt-Trigger-Schaltung wurde von Tintenfischnerven inspiriert. Die Hochgeschwindigkeitsnase des Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszuges ahmt den Schnabel des Eisvogels nach. Ingenieure durchsuchen ständig die Natur nach Bauplänen.
Echoortung ist ein weiterer Fall, bei dem die Natur die Lösung lange vor dem Menschen gefunden hat. Der Prozess besteht darin, ein Objekt mit hochfrequenten Schallwellen zu treffen und auf den Rückprall zu achten. Menschen nutzen Sonar seit über einem Jahrhundert. Aber Zahnwale und Fledermäuse haben es zuerst perfektioniert.
Delfine, Schweinswale und Pottwale nutzen dieses biologische Sonar. Das gilt auch für rund 1.000 Fledermausarten. Während sich die Technik weiterentwickelt, werden sich zukünftige Erfinder wahrscheinlich von diesen Tieren inspirieren lassen. Doch welche Gruppe bietet den Pionieren von morgen mehr Wert?
Wissenschaftler haben sich über diese Frage gegenseitig geärgert. Laura Kloepper, Assistenzprofessorin für Biologie am St. Mary’s College in Indiana, stellte auf dem Treffen der Acoustical Society of America im November 2018 neue Forschungsergebnisse vor. Sie hob die wesentlichen Unterschiede zwischen der Echoortung von Fledermäusen und Delfinen hervor. Ihr Fazit ist eindeutig. Sie glaubt, dass Fledermäuse diese Technik weitaus eindrucksvoller anwenden.
Nicht alle sind damit einverstanden. Möglicherweise gibt es in diesem akustischen Kampf keinen endgültigen Sieger. Berücksichtigen Sie die Daten, bevor Sie sich für eine Seite entscheiden.
Der Reichweiten- und Volumenvorteil
Schall breitet sich im Wasser etwa viermal schneller aus als in der Luft. Dies ermöglicht Zahnwalen die Echolokalisierung über große Entfernungen. Ein getauchter Großer Tümmler kann potenzielle Beute aus einer Entfernung von 110 Metern erkennen. Das sind 110 Meter.
Fledermäuse haben viel geringere Sonarreichweiten. Die meisten insektenjagenden Arten entdecken Beute nur in einer Entfernung von 9,8 bis 16,4 Fuß. Das sind 3 bis 5 Meter. In puncto Reichweite siegen die Wale deutlich.
Das Volumen ist eine weitere Messgröße, bei der Zahnwale dominieren. Delfine und ihre Artgenossen nutzen die Nasengänge, um Klickgeräusche zu erzeugen. Diese Geräusche bewegen sich durch die „Melone“, ein Fettorgan über dem Kiefer. Die Melone wirkt wie ein eingebautes Megaphon. Es fokussiert und lenkt den ausgehenden Schall.
Einige dieser Wale erzeugen Klickgeräusche mit einer Lautstärke von bis zu 230 Dezibel. Das ist fast 130 Dezibel lauter als das Dröhnen der Züge in einer New Yorker U-Bahn-Station. Es übertrifft auch Fledermausgeräusche. Sonarbestückte Flieger geben Geräusche mit einer Lautstärke von etwa 100 bis 100 Dezibel ab.
Bei Fledermäusen werden die Schallwellen meist von der Zunge oder dem Kehlkopf erzeugt. Wissenschaftler haben kürzlich eine primitivere Technik entdeckt. Eine Studie aus dem Jahr 2014 ergab, dass Flughunde der Alten Welt durch Klicken mit den Flügeln durch die Dunkelheit navigieren. Dann horchen sie auf das Echo. Forscher sind immer noch dabei, herauszufinden, wie das funktioniert.
Den Lärm verarbeiten
Den Lärm zu machen ist nur die halbe Herausforderung. Sie müssen zurückkehrende Echos verarbeiten, wenn sie eintreffen. Delfine nutzen ihre Kiefer und Zähne, um Echos abzufangen. Diese Signale gelangen zum Mittelohr. Fledermäuse nutzen überwachsene Außenohren, um Rückmeldungen zu sammeln.
Trotz ihrer großen Ohren ist es bemerkenswert, dass Fledermäuse so gut hören. Viele Arten leben, reisen und jagen in riesigen Kolonien. Die größten Gruppen umfassen rund 15 Millionen Tiere. Wenn Hunderte oder Millionen Fledermäuse gleichzeitig echolokalisieren, entsteht ein chaotisches Hintergrundgeräusch.
Eine bestimmte Fledermaus muss ihre eigenen Schreie von denen anderer unterscheiden. Um dies zu erreichen, verändern geflügelte Säugetiere die Tonhöhe, Frequenz und das Timing ihrer einzelnen Stimmen. Manche gehen noch weiter. Die mexikanische Freischwanzfledermaus gibt absichtlich Geräusche ab, um die Sonarsignale anderer Fledermäuse zu stören. In Liebe, Krieg und Insektenjagd ist alles in Ordnung.
Fledermaussignale sind kompliziert. Sie sind flexibel und leicht zu manipulieren. Die Klickgeräusche des Zahnwal-Sonars sind homogener. Wale haben weniger Kontrolle über die Tonhöhe oder Dauer ihrer relativ einfachen Laute.
Diese Flexibilität ist einer der Gründe, warum Kloepper Fledermäuse für anspruchsvoller hält. Anti-Jamming-Strategien unterstützen diese Ansicht. In einem kürzlich durchgeführten Experiment setzten Kloepper und ihre Kollegen zwei Delfine Aufzeichnungen künstlicher Walklicks aus. Die Wassertiere verloren nicht die Orientierung. Sie haben das Timing und die Frequenzen ihrer ausgehenden Signale leicht verändert.
Die Leistung war ordentlich. Kloepper betont jedoch, dass Fledermäuse eine größere stimmliche Flexibilität behalten. Die im Hals einer Fledermaus verborgenen technischen Möglichkeiten könnten komplexer sein als die in der Melone eines Wals.
Am 16. November 2018 wurde in einer freundlichen Science Friday-Debatte eine überraschende Divergenz in den Sonarfähigkeiten von Fledermäusen und Delfinen hervorgehoben. Kloepper vertrat Team Bat gegen Brian Branstetter, einen Biologen der National Marine Mammal Foundation. Mitten in der Diskussion wies Branstetter auf einen deutlichen Vorteil hin, den Zahnwale gegenüber ihren fliegenden Artgenossen haben.
Fledermäuse nutzen Schall, um die Außenseite fester Objekte abzubilden. Die reflektierten Signale verraten ihnen, wie ein Objekt von außen aussieht. Delfine funktionieren anders. Da sich Schall durch Wasser ausbreitet, passieren ihre Echoortungssignale Ziele. Dadurch können sie sowohl in ein Objekt hinein als auch nach außen sehen. Eine Studie aus dem Jahr 1992 bewies, dass Große Tümmler die Dicke von Hohlzylindern allein anhand ihrer natürlichen Echoortung bestimmen konnten.
Zwischen den beiden Arten scheinen Welten zu liegen. Sie leben in unterschiedlichen Umgebungen. Sie haben sich auf verschiedenen Kontinenten entwickelt. Doch die genetische Analyse aus dem Jahr 2010 zeigt einen gemeinsamen Weg. Beide Abstammungslinien entwickelten unabhängig voneinander Sonar, nachdem sie ähnliche hörbezogene Mutationen durchgemacht hatten. Die Evolution wiederholte sich. Die Geschichte hallt wider.
Jenseits von Fledermäusen und Walen
Fledermäuse und Zahnwale sind nicht die einzigen Tiere, die auf Sonar angewiesen sind. Ölvögel, die in Höhlen leben, nutzen die Echoortung, um in völliger Dunkelheit zu navigieren. Spitzmäuse könnten diesen Trick auch nutzen, um ihre Umgebung wahrzunehmen. Die Fähigkeit, mit Ton zu „sehen“, ist weiter verbreitet als wir dachten.
„Delfine können die Dicke von Hohlzylindern allein mithilfe ihrer Echoortungsfähigkeiten bestimmen.“
Diese biologische Konvergenz wirft Fragen darüber auf, wie Tiere ihre Welt wahrnehmen. Für Fledermäuse ist das Äußere am wichtigsten. Für Delfine birgt das Innere Geheimnisse. Beide Strategien funktionieren. Beide haben sich durch ähnliche genetische Veränderungen entwickelt. Der Mechanismus ist anders. Das Ergebnis ist das gleiche.
Warum brauchen so viele Tiere diesen Sinn? Die Dunkelheit verbirgt Raubtiere. Trübes Wasser verdeckt die Beute. Die Lösung ist einfach. Sende einen Ton aus. Hören Sie auf die Rückkehr. Das Gehirn baut aus dem Echo ein Bild auf. Es ist eine universelle Sprache des Raumes.
Der Ölvogel fliegt im Dunkeln. Die Spitzmaus gräbt im Dreck. Der Delphin schwimmt im Blau. Die Fledermaus fliegt in der Nacht. Sie alle hören zu. Sie alle hören. Das Echo ist echt. Es ist immer da. Warten.
