Neues aus Wissenschaft und Naturschut

25.05.2021, UMIT – Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik
Forschung zum Schutz von Vögeln und Fledermäusen
Forscher der Universität UMIT TIROL arbeiten an einem innovativen Kamerasystem, das gefährdete Vögel und Fledermäuse vor den Gefahren durch Windkraftanlagen bewahren soll.
Forscher der Universität UMIT TIROL arbeiten an einem innovativen Kamerasystem, das gefährdete Vögel und Fledermäuse vor den Gefahren durch Windkraftanlagen bewahren und damit die Koexistenz von Windkraft und Artenschutz ermöglichen soll. Unterstützt werden sie dabei vom Tierpräparator Peter Morass vom Tiroler Landesmuseum Ferdinandeum.
Erneuerbare Energiequellen gewinnen europaweit an Bedeutung, die Technologien, mit denen die Energie gewonnen wird, führen aber auch zu Konflikten. Windkraftanlagen etwa stellen für Vögel und Fledermäuse eine Gefahr dar, direkte Kollisionen oder das Barotrauma – Verletzungen der inneren Organe durch schnelle Wechsel des Luftdrucks – führen zu sogenannten Schlagopfern. Die Zahl jener so gering wie möglich zu halten und somit den Einsatz erneuerbarer Energie mit dem Naturschutz in Einklang zu bringen, ist Ziel zahlreicher wissenschaftlicher Projekte. Eines davon ist NatForWINSENT II. Das Naturschutzprojekt wird vom deutschen Bundesamt für Naturschutz gefördert, Forscherinnen und Forscher aus Deutschland, der Schweiz und Österreich arbeiten dabei von 2018 bis 2021 an verbesserten Strategien, um Schlagopfer zu vermeiden. Für das Projekt steht den Forscherinnen und Forscher auf der Schwäbischen Alb ein eigenes Windenergietestfeld mit zwei Windkraftanlagen zur Verfügung steht. Mit an Bord von NatForWINSENT II sind Dipl.-Ing. Dr. Klaus Hochradel und Dipl.-Ing. Christof Happ vom Institut für Mess- und Sensortechnik der Universität UMIT TIROL. Die zwei Forscher arbeiten an einem Kamerasystem, um Schlagopfer rund um Windkraftanlagen automatisiert zu detektieren, speziell im Fokus haben sie dabei den in der Schwäbischen Alb vorkommenden und geschützten Rotmilan.
„Die derzeit einzige Möglichkeit, um neue Vermeidungsmaßnahmen für Windkraftanlagen zu validieren, ist die Suche nach Schlagopfern“, sagt Klaus Hochradel und Christof Happ ergänzt: „Solche Begehungen durch Menschen oder Hunde sind zeitaufwendig und kostenintensiv.“ Das geplante Kamerasystem sieht daher für die Nacht eine Wärmebildkamera vor, für den Tag eine mit Filtern bestückte optische Kamera für den nahen Infrarotbereich. Auf zweiterer liegt aktuell der Fokus, gilt es damit doch tagaktive Vögel wie z.B. den Rotmilan zu erfassen. „Grundvoraussetzung für die automatisierte Detektion mit Hilfe von Computer Vision ist ein hoher Kontrast“, erläutert Happ. Um die besten Filter für den größtmöglichen Kontrast zu identifizieren, vermessen die Forscher das Gefieder von Vögeln mittels Spektrometer, um deren reflektive Eigenschaften zu charakterisieren. Dabei können sie auf die Unterstützung von Peter Morass zurückgreifen. Der bekannte Tierpräparator leitet die naturwissenschaftlichen Sammlungen im Forschungszentrum Hall, eine Dependance des Tiroler Landesmuseums Ferdinadeum, und stellt den Forschern gefiederte Präparate zur Verfügung.
„Ich suche nach bestimmten Eigenschaften von Hintergrund und Vogel, um ein computergeneriertes Bild zu erhalten, das dem Idealkontrast schwarz-weiß so nahe wie möglich kommt“, beschreibt Happ seine Vorgehensweise. Der Hintergrund rund um die Testanlage – Vegetation, Wege… – ist bekannt, den Wellenlängenbereich, der ein Schlagopfer am besten von diesem unterscheidet, will Happ nun mit Vogelfedern finden. Ziel sei es, Vögel am Boden rund um eine Anlage zu detektieren und mit Hilfe von bestimmten Parametern zu analysieren, ob es sich um einen Vogel, der sich z.B. am Boden ausruht, oder ein Schlagopfer handelt, das in Folge mit einer gezielten Begehung genauer untersucht werden kann. Dank der großen Vogelsammlung im Forschungszentrum Hall kann Christof Happ seine Untersuchungen mit unterschiedlichen Vogelarten durchführen. „Wir wollen wissen, ob die von uns für den Rotmilan gefundenen Kontrast-Charakteristika auch bei anderen Vogelarten funktionieren. Wir entwickeln ein System für unter Naturschutz stehende de Vögel, das aber auch andere Vögel schützen wird.“, sagt Klaus Hochradel
Getestet wird der „Prototyp eines Validierungssystems“ auf der schwäbischen Alp, ist er erfolgreich, können damit an der Testanlage (neuartige) Vermeidungsmaßnahmen analysiert und verglichen werden. „Wir werden aber auch bei bestehenden Anlagen zeigen können, ob Schutzmaßnahmen nach fünf, zehn Jahren noch funktionieren. Oder ob sich z.B. klimabedingt Jahre nach der Inbetriebnahme unter Schutz stehende Vögel rund um eine Windkraftanlage ansiedeln“, nennt Hochradel weitere Nutzen des UMIT-Projekts, mit dem „ein Validierungssystem für unter Naturschutz stehende Vögel entwickelt wird, das aber auch andere Vögel schützen wird.“

25.05.2021, Universität Konstanz
Stechen oder nicht stechen?
Forschende aus Konstanz und Innsbruck deckten auf, wie Honigbienen ihre kollektive Verteidigung als Reaktion auf Fressfeinde organisieren, und nutzten Computermodelle, um mögliche evolutionäre Triebkräfte zu identifizieren.
Wann stechen Bienen und wie gelingt es ihnen, ihr kollektives Verteidigungsverhalten gegenüber Fressfeinden mit dem Schwarm zu koordinieren? Neue Erkenntnisse hierüber liefert ein interdisziplinäres Forscherteam von den Universitäten Konstanz und Innsbruck. In der Studie, die in BMC Biology veröffentlicht wurde, kombinierten die Wissenschaftler*innen Verhaltensexperimente mit einem innovativen Modellierungsansatz, der auf „Projektiver Simulation“ basiert.
Die Studie zeigt, dass ein Duftstoff, ein sogenanntes Alarmpheromon, eine wichtige Rolle bei der Koordination des Verhaltens spielt. Die Bienen verbreiten das Pheromon beim Stechen in der Luft und geben dadurch zunächst weiteren Bienen ihres Schwarms das Signal zum Angriff. Ab einer bestimmten Konzentration des Pheromons in der Luft führt es dann jedoch zum gegenteiligen Effekt und die Bienen hören mit dem Stechen auf.
Die Forschenden gehen daher davon aus, dass die Stechbereitschaft einzelner Bienen nicht konstant ist, sondern mindestens zwei interne Schwellenwerte für die Konzentration des Pheromons aufweist: einen, um mit dem Stechen zu beginnen, und einen, um mit dem Stechen aufzuhören. Die computergestützte Modellierung zeigte außerdem, wie verschiedene Umweltfaktoren die Evolution der Pheromon-basierten Kommunikation während des Verteidigungsverhaltens beeinflusst haben könnten. Zu diesen gehören die Prädationsrate, also wie häufig ein Bienenvolk Kontakt zu Fressfeinden hat, und die Breite des Spektrums an Fressfeinden.
Faktenübersicht:
• Originalpublikation: Andrea López-Incera, Morgane Nouvian, Katja Ried, Thomas Müller, and Hans J. Briegel (2021) “Honeybee communication during collective defence is shaped by predation”, BMC Biology; DOI: 10.1186/s12915-021-01028-x
• Bienen treffen Ihre Entscheidung zum Stechen basierend auf der Anwesenheit und Konzentration eines Alarmpheromons. Die Stechbereitschaft einzelner Bienen hängt von der Pheromonkonzentration ab und ist bei mittleren Konzentrationen am höchsten.
• Computergestützte Modellierung mittels Projektiver Simulation identifizierte verschiedene Umweltfaktoren, wie die Prädationsrate und die Breite des Spektrums an Fressfeinden, als mögliche Triebfedern der Evolution des kollektiven Abwehrverhaltens.
• Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK), Österreichischer Wissenschaftsfonds (FWF), Zukunftskolleg der Universität Konstanz und VolkswagenStiftung.

25.05.2021, Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen
Evolutionsgeschichte der Roten Waldameisen durch Hybridisierung geprägt
Senckenberg-Wissenschaftler Bernhard Seifert hat in einer vier Jahrzehnte andauernden Forschungsarbeit die Systematik der Roten Waldameisengruppe Formica rufa entschlüsselt. In der im Fachjournal „Myrmecological News“ erschienen Studie zeigt der Görlitzer Ameisenforscher, dass nur 13 der bislang 54 dieser Ameisengruppe zugeordneten Namen eine Berechtigung haben. Die evolutionäre Entwicklung der Ameisen ist laut der Ergebnisse stark von Hybridisierungsereignissen geprägt und folgt nicht dem gängigen Artmodell.
Die sich häufig über mehrere Meter erstreckenden Ameisenhügel der Roten Waldameisen sind vielen Waldbesucher*innen von Waldrändern oder Lichtungen gut bekannt. „In der Wissenschaft wurde dieser ikonischen Ameisengruppe vielleicht auch daher besondere Aufmerksamkeit geschenkt“, erklärt Dr. Bernhard Seifert vom Senckenberg Museum für Naturkunde in Görlitz und fährt fort: „Das Ergebnis ist aber leider ein ziemliches taxonomisches Durcheinander – 54 Namen wurden bisher dieser Gruppe zugeordnet.“
Seifert hat sich daher in den letzten 40 Jahre intensiv mit der korrekten Beschreibung und Zuordnung in dieser Gruppe auseinandergesetzt. „Die zahlreichen optischen Merkmale dieser Ameisen führten zu einer regelrechten ‚Namensschwemme’ – anhand von detaillierten Vergleichstabellen und Bestimmungsschlüsseln zeige ich in meiner aktuellen Arbeit, dass sich nur hinter 13 der 54 publizierten Namen reale Arten verbergen, 32 Namen wurden als Synonyme bereits beschriebener Arten publiziert. und acht weitere Namen erfüllen nicht die Standards für eine Artbeschreibung.“
Der Görlitzer Ameisenforscher hat für seine Ergebnisse insgesamt 1200 Proben aus Ameisenhügeln, 5500 Arbeiterinnen und 410 Geschlechtstiere in Gebieten zwischen Portugal und Kamtschatka untersucht. Dabei konnten lediglich zwei der Wissenschaft bisher unbekannte Arten beschrieben werden. Dies steht laut Seifert im krassen Widerspruch zur Situation in einer anderen, mit gleicher Methodik bearbeiteten, Ameisengruppe.
Die enorme Vielfalt der morphologischen Erscheinungsbilder innerhalb der Formica-Gruppe führt Seifert unter anderem auf eine starke Hybridisierung zwischen den Ameisenarten zurück. Er nennt dies „retikuläre Evolution“ – ein Einkreuzen von Geninformationen durch Hybridisierung, das zu einem netzartigen Stammbaum führt. Bei 46 Prozent der 13 bestätigten Arten konnte der Görlitzer Forscher solch eine Hybridisierung nachweisen oder glaubhaft machen.
„Die Ameisen halten sich demnach nicht an eine lehrbuchhafte Artdefinition bei welcher sich Arten in sauber sich verzweigenden Stammbäumen optisch und genetisch klar voneinander abgrenzen; die Realität ist sehr viel komplexer. Die interspezifische Hybridisierung wird von vielen Zoolog*innen immer noch als ein seltener Unfall abgetan, der in seiner evolutiven Bedeutung unerheblich sei. Die Studienergebnisse zur Roten Waldameise werden hoffentlich dazu beitragen, diese Denkweise unter den Zoolog*innen zu ändern – die Botaniker*innen sind ihnen in diesem Sachverhalt schon voraus“, schließt Seifert.
Originalpublikation:
Bernhard Seifert (2021):
A taxonomic revision of the Palaearctic members of the Formica rufa group (Hymenoptera: Formicidae) – the famous mound-building red wood ants. Myrmecological News, 31 –133-179. DOI: https://doi.org/10.25849/myrmecol.news_031:133

26.05.2021, Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik
Gesang der Spottdrossel entschlüsselt
Singvogel nutzt ähnliche musikalische Techniken wie Menschen
Was für ein Vogel! Dass die nordamerikanische Spottdrossel andere Vogelstimmen nachahmt, ist bekannt. Sie kopiert ihre Artgenossen jedoch nicht nur, sondern komponiert ihre eigenen Sounds in Anlehnung an deren Melodien. Ein interdisziplinäres Forschungsteam hat nun erstmals entschlüsselt, wie genau die Spottdrossel Imitationen aneinanderreiht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler stellten fest, dass der Singvogel musikalischen Regeln folgt, die sich auch in menschlichen Musikstilen zeigen. Beispiele fanden sie unter anderem bei Beethoven und Kendrick Lamar.
Der Gesang der Spottdrossel ist so komplex, dass für die Erforschung eine ganze Bandbreite menschlichen Fachwissens nötig war. So führten die Neurowissenschaftlerin Tina Roeske vom Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik, der Feldbiologe Dave Gammon von der Elon University und der Musiker und Philosoph David Rothenberg vom New Jersey Institute of Technology ihre wissenschaftlichen Perspektiven in einer ungewöhnlichen Studie zusammen. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Open-Access-Fachzeitschrift Frontiers in Psychology veröffentlicht.
Erstautorin Tina Roeske entwarf die Algorithmen, mit denen die Hypothesen der Arbeit getestet wurden. Dazu erklärt sie: „Wenn man der Spottdrossel eine Weile lauscht, erkennt man, dass sie ihre imitierten Melodien nicht wahllos aneinanderreiht. Vielmehr lässt sie ähnliche Melodieschnipsel nach klaren Regeln aufeinander folgen. Um diesen Eindruck jedoch wissenschaftlich zu untersuchen, mussten wir mit quantitativen Analysen prüfen, ob die Daten unsere Behauptungen auch tatsächlich stützen.“
Die Ergebnisse waren eindeutig. Die Autoren identifizierten vier kompositorische Strategien, mit denen Spottdrosseln Melodien aneinanderreihen: Klangfarbenänderung, Tonhöhenänderung, Dehnung und Stauchung der Tonsequenzen. Die so geschaffenen klanglichen Übergänge schmeicheln nicht nur den Ohren der Singvögel, sondern auch denen der Menschen. Es überrascht daher nicht, dass Komponisten verschiedener Musikstile ähnliche musikalische Techniken nutzen.
Folgende Beispiele erläutert David Rothenberg anschaulich in einem YouTube-Video: Die Gruppe „Huun-Huur-Tu“ aus Tuva nutzt bei ihren Kehlgesängen die Strategie der Klangfarbenänderung. Der weltbekannte Anfang von Beethovens Fünfter Symphonie verdeutlicht die Tonhöhenänderung. Eine Dehnung von Tonsequenzen findet sich im Song „Show Yourself“ aus dem Disneyfilm „Frozen 2“, und wer Kendrick Lamars Song „Duckworth“ aus dem Album „Damn“ intensiv lauscht, erkennt die Stauchung von Tonsequenzen.
Originalpublikation:
Roeske, T. C., Rothenberg, D., & Gammon, D. E. (2021). Mockingbird Morphing Music: A Taxonomy of Transitions in a Complex Bird Song. Frontiers in Psychology, 12, 1143. DOI:10.3389/fpsyg.2021.630115

27.05.2021, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
Antarktischer Hotspot: Finnwale lieben die Gewässer um Elephant Island
Tonaufnahmen belegen: Die Bartenwale nutzen fast ganzjährig die krillreichen Gewässer der Insel, die daher unter Schutz gestellt werden sollten
Finnwale sind in der Zeit des kommerziellen Walfanges so stark bejagt worden, dass nur ein kleiner Teil der Population auf der Südhalbkugel überlebt hat und Meeresbiologen bis heute nur wenig über das Leben der zweitgrößten Wale der Welt wissen. Um so erfreulicher sind nun Forschungsergebnisse von Wissenschaftler:innen des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und des Johann Heinrich von Thünen-Institutes für Seefischerei, wonach sich eine große Zahl der Bartenwale regelmäßig in den krillreichen Gewässern um Elephant Island aufhält. Beweise dafür liefern Unterwasser-Tonaufnahmen aus der Region, auf denen im Spitzenmonat Mai so viele Finnwalrufe zu hören sind, dass die einzelnen Laute zu einem Klangteppich verschmelzen, berichtet das Forscherteam jetzt im Fachmagazin Royal Society Open Science. Angesichts dessen fordern die Meeresbiologen nun Schutzmaßnahmen für diesen wichtigen Lebensraum, um die sich andeutende Erholung der Finnwal-Population nicht zu gefährden.
Finnwale sind immer noch selten und kommen laut Lehrbuch in Gruppen von drei bis maximal sieben Tieren vor. Umso überraschter war AWI-Meeresbiologin Elke Burkhardt, als sie im antarktischen Spätsommer 2012 auf einer Expedition des deutschen Forschungseisbrechers Polarstern in die Scotiasee mehr als 100 Finnwale im Meer nördlich der Elephant Island zählte. War diese Ansammlung ein Zufallsfund oder treffen die zweitgrößten Bartenwale der Welt hier regelmäßig in so großer Zahl aufeinander? Und wenn ja, warum?
Um Antworten auf diese Frage zu finden, brachten Elke Burkhardt und ihr Team im Januar 2013 eine Verankerung mit zwei Unterwasser-Akustik-Rekordern sowie einem Gerät zur Bestimmung des Nahrungsangebotes im Küstenbereich nordwestlich der Insel aus. Drei Jahre lang, von Januar 2013 bis Februar 2016, zeichneten die Instrumente die Geräuschkulisse der Unterwasserwelt sowie Daten zum Nahrungsangebot in der oberen Wassersäule auf und halfen somit, einen der wohl wichtigsten Lebensräume der südlichen Finnwale zu identifizieren.
„Unsere Polarstern-Beobachtungen waren kein Zufall. Wie unsere Aufnahmen zeigen, halten sich die Tiere regelmäßig von Dezember bis August in den Gewässern rund um Elephant Island auf. Sie machen hier nicht nur Jagd auf Antarktischen Krill, sondern beginnen auch mit der Partnersuche. Die meisten Finnwal-Rufe haben unsere Rekorder nämlich genau in jener Jahreszeit aufgezeichnet, in der auch die Fortpflanzungszeit der Population auf der Südhalbkugel beginnt“, berichtet Elke Burkhardt.
Identifizieren lassen sich die Finnwale anhand eines artspezifischen dumpfen Lautes: „Menschen würden ihn vermutlich nur als Vibration in der Magengrube wahrnehmen, denn seine zentrale Frequenz liegt bei etwa 20 Hertz und damit ausgesprochen tief“, erklärt Elke Burkhardt. Paarungsbereite Finnwal-Bullen, die Weibchen anlocken wollen, stoßen diesen Bass-Laut in schneller, regelmäßiger Abfolge aus. „Ihr Werben erklärt vielleicht auch, warum unsere Rekorder im Monat Mai so viele dieser Rufe aufgezeichnet haben, dass sie zu einem Klangteppich verschmolzen sind und kaum noch als Einzellaute auszumachen waren“, erzählt die AWI-Meeresbiologin.
Neue Argumente für ein Meeresschutzgebiet rund um Elephant Island
Ihre Freude über die vielen Finnwale an Elephant Island ist groß: „Sollte diese Ansammlung tatsächlich ein Anzeichen für eine wachsende Finnwal-Population sein, dann wäre das ein Achtungserfolg für das internationale Walfang-Moratorium, welches vor 35 Jahren in Kraft getreten ist“, sagt die Meeresbiologin.
Gleichzeitig aber geben die neuen Erkenntnisse auch Anlass zur Sorge: „In der Scotiasee wird zum einen viel nach Antarktischem Krill gefischt; zum anderen wird dieses für Finnwale sehr bedeutsame Gebiet häufig von Kreuzfahrtschiffen besucht. Aus diesen Gründen ist es nun umso wichtiger, das Meeresgebiet rund um Elephant Island umfassend zu schützen und sowohl die Krillfischerei als auch den Tourismus so zu regulieren, dass ein Schaden für den Finnwal-Bestand ausgeschlossen werden kann“, sagt Elke Burkhardt. Dafür sollte regelmäßig das akustische Umfeld (Soundscape) aufgezeichnet werden, um Veränderungen der Bestände zu dokumentieren.
Wo verbringen die Finnwale von Elephant Island den Winter?
Bei der Analyse seiner Unterwasseraufnahmen stieß das Forschungsteam noch auf ein weiteres interessantes Detail. Der 20-Hertz-Ruf enthält mitunter einen Begleitklang mit einer Frequenz von 86 Hertz. Dieser wiederum gleicht Finnwal-Lauten, die chilenische Meeresbiologen vor der zentralen Küste Chiles aufgezeichnet hatten – und zwar vor allem in jener Jahreszeit, in der die Rekorder an Elephant Island nur selten Töne der Bartenwale aufzeichneten. Werden die Laute in beiden Regionen eventuell von ein und derselben Walpopulation erzeugt, die zwischen den südlichen Shetland-Inseln, zu denen Elephant Island gehört, und der Pazifikküste Chiles hin- und herwandert?
„Es wird vermutet, dass Finnwale populationsspezifische Begleittöne erzeugen, anhand derer man unterschiedliche Populationen voneinander unterscheiden kann. Sollte diese Annahme stimmen, liegt die Schlussfolgerung nahe, dass jene Finnwale, die sich im Südsommer an Elephant Island aufhalten, ihre Kälber später im Jahr in den wärmeren Gewässern vor der chilenischen Pazifikküste auf die Welt bringen und diese Wale regelmäßig zwischen beiden Gebieten pendeln“, sagt Elke Burkhardt.
Um Gewissheit zu erlangen, seien jedoch weitere Untersuchungen notwendig, für die das Forschungsteam aus Bremerhaven weitere Unterwasserrekorder im Umfeld der Insel verankert hat. Diese sollen im Jahr 2022 geborgen werden. Derzeit werten die Meeresbiolog:innen ihre Unterwasseraufnahmen aus der Zeit nach 2016 aus. Erste Ton-Schnipsel sind vielversprechend: Der Finnwal-Treffpunkt an Elephant Island war auch in den Sommern nach 2016 sehr gut besucht.
Originalpublikation:
Elke Burkhardt, Ilse Van Opzeeland, Boris Cisewski, Ramona Mattmüller, Marlene Meister, Elena Schall, Stefanie Spiesecke, Karolin Thomisch, Sarah Zwicker and Olaf Boebel (2021): Seasonal and diel cycles of fin whale acoustic occurrence near Elephant Island, Antarctica. R. Soc. Open Sci. 8: 201142.
https://doi.org/10.1098/rsos.201142

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