Ludwig-Maximilians-Universität München
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Echoortung von Fledermäusen

Exzellente Navigation mit wenig Information

München, 17.05.2019

LMU-Forscher widerlegen bisherige Annahmen über die Echoortung: Fledermäuse haben deutlich weniger räumliche Daten zur Verfügung als bislang gedacht. Dennoch ist ihre Navigation exzellent.

Foto: imago images / blickwinkel AGAMI T. Douma

Fledermäuse orientieren sich in der Dunkelheit mithilfe von Echos, wofür sie Ultraschall-Signale ausstoßen. LMU-Forscher widerlegen nun bisherige Annahmen über ihre Echoortung. „Bislang ging man davon aus, dass eine Art Hörbild mit räumlichen Informationen entsteht, wenn Fledermäuse Laute aussenden und sie auch die Lücken zwischen Objekten wahrnehmen können. Diese Vorstellung ist falsch. Unsere Experimente zeigen, dass Fledermäuse kein räumliches Auflösungsvermögen haben. Sie navigieren auf der Basis von extrem wenig räumlichen Informationen. Ihr Navigationssystem funktioniert völlig anders, als wir es kennen“, sagt Lutz Wiegrebe, Professor am Department Neurobiologie der LMU. Die Ergebnisse sind aktuell im Fachmagazin Current Biology veröffentlicht.

Für die Studie haben die Forscher mit Fledermäusen gearbeitet, die darauf dressiert waren, zu signalisieren, wenn sie Reflexionen von Objekten erkennen. Im Versuchsaufbau kamen von rechts und links Störreflexe, während die Tiere zugleich ein Objekt direkt vor ihnen erkennen sollten. „Die Fledermäuse waren von den Störreflexen extrem irritiert. Erst wenn die seitlichen Objekte relativ weit weg waren, haben sie das Objekt vor sich erkannt.“

Als visuelles Experiment wäre die Aufgabe sehr einfach. Das visuelle System liefert über die Sehzellen in der Retina sofort eine sehr gute räumliche Auflösung. „Echoortung funktioniert völlig anders als die visuelle Abbildung“, erklärt Lutz Wiegrebe. „Die Sinneszellen in den Ohren kodieren nicht Raumachsen, sondern Frequenz und Zeit. Rauminformation muss daraus erst neuronal berechnet werden. Unsere Experimente zeigen, dass das räumliche Auflösungsvermögen von Fledermäusen um ein Vielfaches (um drei Größenordnungen) schlechter ist als die Auflösung des visuellen Systems des Menschen. Fledermäuse „sehen“ per Echoortung sozusagen ein extrem verschwommenes Bild. Eine visuell einfache Aufgabe wie: „Sage mir, wie viele Finger einer Hand ich hochhalte“, ist biosonar sehr schwer zu lösen. Trotzdem navigieren Fledermäuse sehr erfolgreich“, sagt Wiegrebe. Die Forscher nehmen an, dass die Fledermäuse diese schlechte Wahrnehmung ausgleichen, indem sie während des Fluges fortlaufend die räumlichen Informationen über Entfernung und Richtung auswerten und sich dabei auf die Position nächstliegender Objekte konzentrieren.

Ihre Ergebnisse könnten Implikationen für technische Anwendungen haben. „Beim autonomen Fahren werden laufend Informationen mit der Kamera erfasst, um das Auto zu steuern. Womöglich werden dabei viel mehr Information erfasst als nötig. Fledermäuse verfügen über ein viel einfacheres Navigationsschema und navigieren dennoch exzellent. Sie verfügen nicht über ein 3-D-Bild wie es bei der visuellen Wahrnehmung entsteht“, sagt Lutz Wiegrebe.

In einer ebenfalls kürzlich veröffentlichten Arbeit im Fachmagazin iScience hatten Leonie Baier aus der Arbeitsgruppe von Lutz Wiegrebe und Dr. Holger Goerlitz vom Max-Planck-Institut für Ornithologie gezeigt, dass Fledermäuse sehr sensitiv für verschiedene Raumfrequenzen sind. Dadurch gelingt es ihnen zum Beispiel ein Insekt über einer Wasseroberfläche zu erkennen. „Aus unserer neuen Arbeit wissen wir nun, dass die Fledermäuse diese Informationen aber nicht räumlich auflösen können“, sagt Wiegrebe. In dem Moment, wo neben dem Insekt etwa auch Pflanzen auf der Wasseroberfläche schwimmen, können die Tiere ihre Beute nicht erkennen.

Zu den Publikationen:

  • Cornelia Geberl, Kathrin Kugler, Lutz Wiegrebe: The spatial resolution of bat biosonar quantified with a visual resolution paradigm. In: Current Biology 2019
  • A. Leonie Baier, Lutz Wiegrebe, Holger R. Görlitz: Echo-Imaging Exploits an Environmental High-Pass Filter to Access Spatial Information with a Non-Spatial Sensor. In: iScience 2019

Mehr zur Forschung der Arbeitsgruppe von Prof. Lutz Wiegrebe: