Akustische Signalerkennung tropischer Insekten unter Lärm

Diese Studie plant Labor- und Freilanduntersuchungen zur Ökologie, dem akustischen Verhalten und der Sinnesphysiologie zur akustischen Signalerkennung unter Lärmbedingungen von Grillen und Laubheuschrecken. Die meisten Arten dieser beiden Insektengruppen nutzen Schall für die innerartliche Kommunikation, nutzen ihr Hörvermögen aber auch für die Wahrnehmung eines ihrer wichtigsten Fressfeinde (Fledermäuse) und zeigen im Flug entsprechendes Feindvermeidungsverhalten. Allerdings ist der Mechanismus der Unterscheidung zwischen "guten" und "schlechten" akustischen Signalen (i.e. arteigener Partner bzw. Fressfeind) sehr unterschiedlich: Während Grillen diese Unterscheidung durch kategoriale Wahrnehmung der Frequenz erreichen und alles oberhalb von 10 kHz als Fressfeind bewerten, können Laubheuschrecken diese Unterscheidungsmöglichkeit nicht nutzen, da ihre eigenen Signale z.T. weit im Ultraschallbereich liegen. Im Projekt wird die Hypothese untersucht, dass Grillen und Laubheuschrecken für die Unterscheidung prinzipiell unterschiedliche Parameter nutzen, und unterschiedliche Lösungen für das gleiche Problem entwickelt haben. Für beide Mechanismen stellt der tropische, nächtliche Regenwald mit seinem hohen Lärmpegel ein Problem für die Wahrnehmung von arteigenen Geschlechtspartnern sowie von Fressfeinden dar. Wir untersuchen dazu die Auswirkungen verschiedener sinnesphysiologischer Merkmale, wie die absolute Empfindlichkeit des Hörsystems, der Frequenz-Filterfunktionen des Gehörs, sowie zentralnervöser Mechanismen, die bei Laubheuschrecken und Grillen unterschiedlich sind. Obwohl beispielsweise eine höhere Empfindlichkeit ein Vorteil in dem Rüstungswettlauf zwischen Fressfeind und Beute sein sollte, weil es der Beute eine größere Hördistanz des Feindes ermöglicht, kann es bei hohem Lärmpegel auch ein Nachteil sein, weil Letzterer die Wahrnehmung stark beeinträchtigt und zu falschen Entscheidungen im Verhalten führt. Ziel des Vorhabens ist daher die Beschreibung von Anpassungen im Verhalten und der Physiologie des Sinnessystems, die den Insekten eine sicherere Wahrnehmung von Räubern und Geschlechtspartnern in dem akustischen Kommunikationskanal erlauben.

Das sensorische Wettrüsten zwischen Räuber und Beute gehört zu den klassischen Themen der Verhaltensökologie. In unserem Projekt untersuchten wir, wie Heuschrecken und Grillen das Problem meistern, unter den lauten Bedingungen des nächtlichen tropischen Regenwalds von Panama in der Lage sind, akustische Signale der innerartlichen Kommunikation vom Hintergrundlärm bzw. von Echoortungssignalen von Fledermäusen zu unterscheiden. Wir konnten verschiedene Mechanismen im Bereich der Hörorgane und des Zentralnervensystems identifizieren die das Hören unter Lärmbedingungen ermöglichen. Einige dieser Mechanismen haben erstaunliche Ähnlichkeit zu denen, die Menschen erlauben, unter Lärmbedingungen sprachlich zu kommunizieren. Während des Fluges zeigen die Insekten eine Vermeidungsreaktion auf die Ultraschall-Echoortungslaute von Fledermäusen. Erstaunlicherweise liegt die Verhaltensschwelle recht hoch bei ca. 80 Dezibel. Dies scheint nicht sehr adaptiv zu sein, denn es reduziert die Distanz über die der Räuber gehört wird. Dennoch ist dies adaptiv im Wettrüsten zwischen Räuber und Beute, denn die Insekten unterscheiden nicht zwischen den Ultraschallfrequenzen der Echoortung und solchen, die im Hintergrundlärm vorhanden sind, und wir konnten mit Hilfe von Laborexperimenten und solchen direkt im nächtlichen Regenwald zeigen, dass durch die hohen Schwellen falsche Vermeidungsreaktionen ausgelöst werden. Insofern zeigen unsere Ergebnisse, dass die Regeln, nach denen die Reaktionen auf Räuber ablaufen entscheidend von den (akustischen) Bedingungen des Lebensraums abhängen. Eine Gruppe von Fledermäusen nutzt die akustischen Signale der Insekten um diese als Beute zu finden. Die Insekten haben ihrerseits eine Reihe von anderen Verteidigungsmechanismen entwickelt. Wir haben mit Hilfe der Analyse der Überreste der gefressenen Beute (Beine, Flügel etc.) bei diesen Fledermäusen zeigen können, dass ein ganz wesentlicher Anteil in dem Beutespektrum aus akustischen Insekten besteht. Etwa die Hälfte dieser gefressenen Insektenarten ist bekannt für ihre Verteidigungsmechanismen gegenüber den Fledermäusen. Daraus kann der Schluss gezogen werden, dass die Fledermäuse durchaus in der Lage sind, die Verteidigungsstrategien der Insekten zum Teil zu überwinden.