Biotwang: So entlarvte NOAA den Ruf des Bryde-Wals mit KI

Ein rätselhaftes Dröhnen, das aus grosser Tiefe unter den Ozeanwellen zu kommen schien, lässt sich nun endlich einer ebenso ungewöhnlichen Quelle zuordnen.

Das Rätsel um den „Biotwang“ im westlichen Pazifik

Der erstmals 2014 im westlichen Pazifik aufgezeichnete „Biotwang“ entpuppt sich als Ruf des Bryde-Wals (Balaenoptera brydei), der in der offenen See über weite Distanzen unterwegs ist. Darüber hinaus haben die Methoden, mit denen der Klang identifiziert wurde, ein neues Werkzeug hervorgebracht, mit dem sich Walpopulationen sowie ihre Wanderungen und Aufenthaltsräume in den schwer fassbaren Meeren der Erde besser untersuchen lassen.

„Bryde-Wale kommen weltweit in tropischen und warm-gemässigten Gewässern vor, aber ihre Populationsstruktur und ihre Bewegungen sind nicht gut verstanden“, schreibt ein Team um die biologische Ozeanografin Ann Allen vom NOAA Pacific Islands Fisheries Science Center auf Hawaii.

„Unsere Ergebnisse liefern Hinweise auf eine pelagische Population von Bryde-Walen im westlichen Nordpazifik mit breiter Verbreitung, jedoch mit saisonalen und zwischenjährlichen Schwankungen im Auftreten, die auf ein komplexes Verbreitungsgebiet hindeuten, das sehr wahrscheinlich mit sich verändernden ozeanografischen Bedingungen in dieser Region zusammenhängt.“

ORCAA_Lab · BioTwang-Beispiel

Erste Hinweise: Aufnahmen bei den Marianen und Sichtungen 2018

Der Ozean ist voller merkwürdiger Geräusche. Doch Biotwangs – seltsame, mechanisch klingende Merkmale oberhalb einer bestimmten Frequenz – waren lange ein besonders hartnäckiges Rätsel. Erstmals tauchten sie im Marianen-Archipel in einer autonomen akustischen Erhebung der Oregon State University auf. Zwei Jahre später, als nur die Tonaufnahmen vorlagen, vermuteten Forschende als Verursacher vermutlich irgendeinen Bartenwal.

2018 glaubten NOAA-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bei einer Meeressäuger-Erhebung im Marianen-Archipel, die Suche eingrenzen zu können. Während der einmonatigen Untersuchung beobachteten sie 10 einzelne Bryde-Wale und zeichneten Biotwangs auf, die bei neun dieser Tiere mit dem Geschehen in Verbindung zu stehen schienen.

Das ist ein sehr starkes Indiz – aber ein letzter Schritt zur Absicherung fehlte noch.

Wie NOAA den Ursprung nachwies: Langzeit-Monitoring und KI-Algorithmus

Das Meer lässt sich bekanntermassen nicht einfach „vor Ort“ untersuchen: Für Menschen ist es eine raue, schwer zugängliche Umgebung, in der man nicht beliebig nachschauen kann. NOAA überwacht den Ozean jedoch seit Langem kontinuierlich – und installierte vor 23 Jahren vor der Küste Kaliforniens ein neues System, um die Unterwasser-Klanglandschaft aus der Ferne zu erfassen.

Mit langfristig eingesetzten passiven Akustikrekordern „lauscht“ die Behörde auf Meeressäugerpopulationen an entlegenen Orten, die für Menschen nur schwer zu erreichen sind. Da sich Schallwellen im Wasser weiter ausbreiten als in der Atmosphäre, können Forschende eine grosse Bandbreite akustischer Informationen über weite Teile des Ozeans hinweg erfassen und katalogisieren.

Wenn Bryde-Wale tatsächlich die Quelle der Biotwangs sind, dann müsste das Monitoringprogramm diese Laute aufgezeichnet haben – und sie müssten zu den bekannten Migrationsmustern der Tiere passen.

Genau hier lag jedoch das nächste grosse Hindernis: Mehrere Rekorder, die über mehr als zwei Jahrzehnte laufen, erzeugen eine enorme Datenmenge. Um diese Aufzeichnungen systematisch zu durchforsten und gezielt nach den gesuchten Signalen zu suchen, holten Allen und ihr Team Google an Bord, um einen Algorithmus zu entwickeln, der die Daten auswertet und die Biotwangs herausfiltern kann.

„Dank KI konnten wir das in wenigen Stunden erledigen statt in Jahren“, schrieb NOAA in einem Blogbeitrag.

Saisonmuster im Marianen-Archipel und bei Wake Island

„Wir identifizierten eine konsistente saisonale Präsenz von Biotwangs nur im Marianen-Archipel und östlich davon bei Wake Island. Das deutet darauf hin, dass der Biotwang ein Ruf sein könnte, der spezifisch für eine Population von Bryde-Walen im westlichen Nordpazifik ist… Das saisonale Auftreten von Biotwangs passt dazu, dass Bryde-Wale zwischen niedrigen und mittleren Breiten wandern. Es gibt einen kleinen Peak zwischen Februar und April sowie einen grösseren Peak zwischen August und November, wenn die Wale an den Aufzeichnungsstandorten vorbeiziehen.“

Ein „Wal-Dialekt“ und neue Möglichkeiten für den Schutz von Bryde-Walen

Rufe anderer Bryde-Wal-Populationen sind im Lauf der Jahre zwar ebenfalls dokumentiert worden. Die Lautäusserungen dieser Population im westlichen Nordpazifik wirken jedoch wie ein eigener „Dialekt“, der bislang bei keiner anderen aufgezeichneten Population festgestellt wurde.

Dass sich der Klang nun eindeutig zuordnen lässt, eröffnet Forschenden eine neue Möglichkeit, die Verbreitung und die Migrationsmuster von Bryde-Walen weltweit nachzuverfolgen und besser zu verstehen. Zudem kann das KI-Werkzeug so angepasst werden, dass es auch andere Geräusche samt ihrer zeitlichen Muster erkennt – um herauszufinden, wohin andere Meeressäuger wann unterwegs sind.

Die Forschung wurde in Frontiers in Marine Science veröffentlicht.