Nachweis rhythmischer Muster in Lautäußerungen von Fledermäusen und Pottwalen

(20.04.2020) Forscherinnen vom Museum für Naturkunde Berlin publizieren in der Fachzeitschrift „PLOS Computational Biology“ den Nachweis rhythmischer Muster in Lautäußerungen von Fledermäusen und Pottwalen.

Ihre Methoden tragen dazu bei, die Evolution der akustischen Kommunikation – auch des Menschen - zu verstehen und Arten zu schützen, die akustisch erkannt werden können. Ihre Forschungsdaten sind im frei zugänglichen Repositorium „Github“ für die ganze Gesellschaft verfügbar.

Museum für Naturkunde Berlin Damit können die Kenntnisse dazu beitragen, weltweit weitere forschungsgetriebene Fragestellungen effektiv zu beantworten.

Tiere geben die unterschiedlichsten Lautäußerungen von sich: kurze und lange, schnelle und langsame, einige mit nur einem einzigen Elementtyp, auch Silben genannt, andere mit bis zu hunderten verschiedenen Silbentypen. Sie äußern sie an Land, unter Wasser und in der Luft. Sie sollen Paarungspartnern imponieren, Rivalen vertreiben und vieles mehr. Viele von diesen Lautäußerungen sind rhythmisch. Aber wie kann man das sinnvoll und vergleichbar messen?

„Wir haben drei sehr unterschiedliche tierische Lautäußerungen von Fledermäusen und Pottwalen ausgewählt, um unsere Methoden zu testen“, sagt Lara Burchardt, Biologin am Museum für Naturkunde Berlin. Sie untersuchte die zeitlichen Strukturen – oder Rhythmen – von so genannten Isolationsrufen der Großen Sackflügelfledermaus (Saccopteryx bilineata) und der Brillenblattnase (Carollia perspicillata).

Jungtiere äußern diese Rufe, wenn sie Kontakt zu ihrer Mutter suchen. Die Rufe der Großen Sackflügelfledermaus sind mehrsilbig, die der Brillenblattnase kurz und einsilbig.

Das dritte Untersuchungsobjekt sind Klickserien eines Pottwals (Physeter macrocephalus), aufgezeichnet in der Karibik nahe der Insel Dominica von Forscherkollegen der Universität Aarhus. Die Meeressäuger nutzen die Laute zur Echolokation und spüren mit ihnen Beute in ihren dunklen Jagdrevieren in der Tiefsee auf. Die Serien sind lang und umfassen bis zu etwa 250 Klicks.

Die Lautäußerungen wurden nach jeweils fünf mathematischen Methoden analysiert, um ihren Rhythmus zu finden und zu beschreiben. Darüber hinaus sollte bestimmt werden, welche Methoden bei welchen Rufen oder Klicks die besten Analyseergebnisse liefern. Dazu wurden zwei Werte entwickelt, die anzeigen, wie gut ein bestimmter Rhythmus eine Lautäußerung beschreibt.

„Lautäußerungen von Tieren können helfen viele Fragen zu ihrem Verhalten zu beantworten, aber bisher werden die zeitlichen Strukturen nicht immer beachtet“, sagt Burchardt. Daher gebe es noch keine etablierten Vorgehensweisen, die zu vergleichbaren und belastbaren Ergebnisse führen und von vielen Forschern angewandt werden können.

Burchardt und ihre Forschungskollegin am Museum, Mirjam Knörnschild, haben nun einen Entscheidungsbaum entwickelt, der es Forschenden erleichtert, die geeignete Methode für ihre Daten auszuwählen. In der aktuellen Ausgabe des Journals „PLOS Computational Biology“ diskutieren sie die Vor- und Nachteile der verschiedenen Methoden und zeigen, wie Rhythmusanalysen visualisiert werden können.

Daten und Code sind frei zugänglich. Der Code, um die Analysen am Rechner durchzuführen inklusive eines Beispieldatensatzes, wurde im frei zugänglichen Repositorium „Github“ verfügbar gemacht. Open Science ist ein Kernbaustein, um Wissenschaft in die Gesellschaft zu tragen und weltweit forschungsgetriebene Fragestellungen effektiv zu beantworten.

Die Rhythmusanalyse ist außerdem ein wichtiger Beitrag zur Grundlagenforschung an der Wahrnehmung von Rhythmen. Diese ist wahrscheinlich auch für die Sprache des Menschen von großer Bedeutung.

Publikation

Burchardt LS, Knörnschild M (2020) Comparison of methods for rhythm analysis of complex animals’ acoustic signals. PLoS Comput Biol 16(4): e1007755. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007755


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