Sicherer Flug mit Zoom-Effekt

Forschung

1.9.2014

Fliegen ohne zu sehen: Fledermäuse orientieren sich mithilfe von Schallwellen und der vielfältigen Echos, die ihre Umgebung zurückwirft. Ihr inneres Navigationssystem erweist sich dabei als ausgesprochen flexibel, wie eine Studie in <i>Nature Communications</i> zeigt: Je näher Fledermäuse an einem Objekt vorbeifliegen, umso mehr Neuronen sind in dem Gehirnareal aktiv, das die akustischen Signale räumlich verarbeitet. Diese Informationen helfen den Flugkünstlern, blitzschnell zu reagieren und Hindernissen auszuweichen.

An Fledermäusen der Art "Kleine Lanzennase" untersuchte das Team von Dr. Uwe Firzlaff die räumliche Orientierung. (Bild: A. Zahn / Koordinationsstelle für Fledermausschutz, LMU)

Nachtaktive Fledermäuse haben sich perfekt auf ein Leben ohne Licht eingestellt. Sie senden Ortungslaute aus, um aus dem zeitverzögerten Echo die Entfernung zu einem Hindernis oder Beutetier zu berechnen. In ihrem Gehirn existiert eine räumlich aufgelöste Karte für unterschiedliche Echolaufzeiten. Wie eine Studie der Technischen Universität München (TUM) erstmals zeigt, passt sich diese Karte dynamisch an äußere Bedingungen an.

Nahe Objekte erscheinen größer

Fliegen die Tiere eng an einem Hindernis vorbei, feuern mehr Neuronen als bei einem sicheren Abstand. Der Gegenstand erscheint auf der Gehirnkarte dann überproportional groß - als ob er herangezoomt würde. „Die Karte funktioniert ähnlich wie ein Navigationssystem im Auto und zeigt der Fledermaus den Weg“, erklärt Studienleiter Dr. Uwe Firzlaff vom TUM-Lehrstuhl für Zoologie. „Der entscheidende Unterschied: Wenn sich das Tier auf Kollisionskurs befindet, schlägt das Gehirn Alarm, indem es nahe Objekte stärker abbildet als entfernte.“

Fledermäuse stellen ihre Flugmanöver ständig auf neue Situationen ein, um Gebäuden, Bäumen oder anderen Tieren auszuweichen. Dabei ist auch die seitliche Positionsbestimmung wichtig. Daher nutzen die Tiere neben der Echolaufzeit zusätzliche räumliche Informationen. "Die Fledermäuse werten die Eigenbewegung aus und gleichen sie mit dem seitlichen Abstand auf Gegenstände ab", erläutert der Forscher.

Gehirn verarbeitet komplexe räumliche Informationen

Zusätzlich zur Laufzeit berücksichtigen die Tiere die Richtung, aus der das Echo zurückgeworfen wird. Außerdem vergleichen sie die Lautstärke ihrer Ruflaute mit den reflektierten Schallwellen und werten das Wellenspektrum des Echos aus. "Unsere Untersuchungen führen zu dem Schluss, dass Fledermäuse auf ihrer akustischen Karte wesentlich mehr räumliche Informationen abbilden als nur die Echolaufzeit.“

Die Ergebnisse erklären, wie sich schnelle Reaktionen auf äußere Reize in den Nervenzellen widerspiegeln: Im Gehirn der Fledermäuse vergrößert sich das aktive Areal, um relevante Informationen darzustellen. „Damit“, so Firzlaff abschließend, "haben wir möglicherweise einen grundlegenden Mechanismus entdeckt, wie Wirbeltiere ihr Verhalten flexibel auf wechselnde Umgebungen anpassen können."

Die Studie wurde aus Fördermitteln (FI1546/4) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.

Publikation:
Echo-acoustic flow dynamically modifies the cortical map of target range in bats; Sophia K. Bartenstein, Nadine Gerstenberg, Dieter Vanderelst, Herbert Peremans & Uwe Firzlaff; Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms5668

Kontakt:
Dr. Uwe Firzlaff
Technische Universität München
Lehrstuhl für Zoologie
Tel: +49 8161 71-2803
uwe.firzlaffspam prevention@wzw.tum.de
www.zoologie.wzw.tum.de