Sensorische Ökologie tropischer Grillen

Die Artenvielfalt von Grillen im tropischen Regenwald hat u.a. zur Folge, dass Kommunikation zwischen den Geschlechtern mit Hilfe von Schallsignalen sehr erschwert ist. Denn durch die gleichzeitige Gesangsproduktion durch viele Individuen verschiedener Arten auf rel. engem Raum kommt es zur Überlagerung der benutzten Frequenzen, und damit zur Störung auf Seiten der Empfänger (in der Regel die Weibchen). Ziel des vorliegenden Projekts ist die Untersuchung der ökologischen, sinnesphysiologischen und Verhaltensanpassungen, die es diesen Grillenarten erlauben, unter diesen Bedingungen dennoch arteigene Partner von artfremden zu unterscheiden und zu lokalisieren Wir testen speziell drei verschiedene Hypothesen für solche Anpassungen: 1) Die verschiedenen Grillenarten und -individuen verteilen sich in Raum und Zeit so, dass es zu keiner nennenswerten Maskierung der jeweiligen Signale kommt. 2) Es haben sich in der Evolution sensorische Anpassungen entwickelt, die in einer Konzentrierung der Gesangsenergie auf ein schmales Frequenzband, sowie einem entsprechend eng abgestimmten Empfangssystem bestehen. Diese Hypothese wird neurophysiologisch vergleichend an einer identifizierten Nervenzelle untersucht, die bei allen Grillenarten vorkommt. Die Ergebnisse werden verglichen mit der Situation bei zwei einheimischen Grillenarten, wo eine fehlende Kompetition für den akustischen Sendekanal keine derartigen Anpassungen erwarten lässt. 3) In zentralen Neuronen der Hörbahn von Grillen wurden Innenkanäle mit Eigenschaften beschriebe die dazu führen, dass ein Empfänger in einer Hörsituation mit vielen Sendern jeweils nur die lautesten hört ("selektive Wahrnehmung"). Die Eigenschaften dieses neuronalen Mechanismus und ihre ökologischen, verhaltens- und neurophysiologischen Konsequenzen werden an ausgewählten Grillenarten untersucht.

Akustische Kommunikation in artenreichen Lebensräumen wie dem tropischen Regenwald ist besonders erschwert durch das Problem der Signalüberlappung und Maskierung unterschiedlicher Sender. Als Folge ist die Erkennung, Unterscheidung und Lokalisation artspezifischer akustischer Signale erheblich beeinträchtigt. Daher sollte der akustische Raum (der Übertragungskanal für Schall) effizient zwischen den jeweiligen Arten/Sendern aufgeteilt werden. In dem abgeschlossenen Projekt wurde am Beispiel einer artenreichen tropischen Grillengemeinschaft untersucht, welche physiologischen und verhaltensrelevanten Mechanismen dazu beitragen, eine innerartliche Kommunikation unter der hohen Geräuschkulisse anderer Arten zu gewährleisten.Mittels neurophysiologischer Experimente konnten wir drei Mechanismen auf der Ebene der Sinnesorgane und des Zentralnervensystems (ZNS) aufdecken, die zu einer erheblichen Verbesserung der neuronalen Repräsentation von arteigenen Signalen unter hohen Lärmbedingungen des Regenwaldes führen: (i) ein auf die Gesangsfrequenzen scharf abgestimmtes Empfängersystem, (ii) eine Verminderung der Maskierung in Folge des räumlichen Hörens, sowie (iii) ein richtungsunabhängiger Mechanismus der selektiven Wahrnehmung, der lautere gegenüber leiseren Signalen favorisiert. Der akustische Raum wird durch die Grillengemeinschaft so aufgeteilt, dass es zu keiner nennenswerten Maskierung der jeweiligen Signale kommt. Dies wird hauptsächlich durch eine deutliche Reduzierung der Überlappung der Gesangsfrequenzen zwischen den Arten realisiert. Zum anderen zeigte sich auch, dass das räumlich-zeitliche Aktivitätsmuster der Arten zu einer weiteren Reduzierung des Maskierungspotentials und zur Aufteilung der Ressource akustischer Raum beiträgt.Eine weitere wichtige Funktion des Hörsystems der Grille ist die Lokalisation von Signalquellen. Richtungshören wird durch ein umgestaltetes Tracheensystem ermöglicht, somit dienen die Tympanalorgane als Druckgradientenempfänger. Anhand einer umfangreichen morphologischen Vergleichsstudie wurde versucht nachzuvollziehen, wie ein solch ausgeklügeltes biophysikalisches System im Laufe der Evolution entstanden sein könnte.