Unerwartete CF2-Frequenz-Konvergenz bei Grossen Japanischen Hufeisennasen und Echoortung

Fledermäuse treffen jede Nacht in völliger Dunkelheit Entscheidungen in Sekundenbruchteilen.

Dabei weichen sie Hindernissen aus, jagen Insekten und halten Kontakt zu anderen Fledermäusen – indem sie die Echos von Lauten auswerten, die sie selbst aussenden.

Leicht klingt das nur so lange, bis dutzende Tiere gleichzeitig fliegen und jedes einzelne seine eigenen Ultraschallrufe in die Umgebung schickt.

Forschende haben nun herausgefunden, dass eine Art dieses Problem auf unerwartete Weise löst: Statt ihre Ruf-Frequenzen voneinander wegzuschieben, um sich gegenseitig aus dem Weg zu gehen, bewegen sich diese Fledermäuse häufig auf dieselbe Frequenz zu.

Dieses gemeinsame Vorgehen könnte ihnen helfen, Beute deutlicher wahrzunehmen – selbst dann, wenn sie von den Geräuschen einer ganzen Kolonie umgeben sind.

Fledermäuse nutzen Echoortung unterschiedlich

Echoortung funktioniert, indem hochfrequente Schallwellen ausgesendet und die zurückkehrenden Echos „abgehört“ werden.

Aus diesen Echos erschliessen Fledermäuse, wo sich Objekte befinden, wie schnell sie sich bewegen, und sie können damit sogar fliegende Insekten aufspüren. Diese aussergewöhnliche Fähigkeit dient zudem Ingenieurinnen und Ingenieuren als Vorbild, etwa bei Sonar-Systemen und autonomen Robotern.

Die meisten Fledermäuse variieren die Frequenz ihrer Rufe fortlaufend. Grosse Japanische Hufeisennasen sind hier anders.

Jeder Puls verbindet veränderliche Frequenzen mit einem stabilen Abschnitt mit konstanter Frequenz. Dadurch können die Tiere winzige Änderungen im Echo erkennen – sogenannte Glints –, die flatternde Beute verraten.

Hinzu kommt ein spezielles Hörmerkmal, die sogenannte akustische Fovea: Sie reagiert extrem empfindlich auf einen sehr schmalen Frequenzbereich, der um die zweite harmonische Konstanzfrequenz-Komponente zentriert ist, bekannt als CF2.

Im Flug verändert die Bewegung über den Doppler-Effekt die Frequenz der zurückkehrenden Echos. Deshalb passen die Fledermäuse ihre Rufe kontinuierlich an, damit diese Echos in genau diesem hochsensiblen Hörbereich bleiben.

Überraschende Muster innerhalb von Fledermauskolonien

Durchgeführt wurde die Studie von den Forschenden Haruhito Matsumoto, Soshi Yoshida und Shizuko Hiryu von der Doshisha University.

Das Team wollte verstehen, was passiert, wenn wilde Grosse Japanische Hufeisennasen zu einer bereits etablierten Kolonie in Gefangenschaft hinzustossen.

Falls unterschiedliche Gruppen von Natur aus verschiedene CF2-Frequenzen nutzen: Würden sie ihre Frequenzen weiter auseinanderziehen, um Störungen zu verringern – oder würde etwas anderes eintreten?

„Im Gegensatz zu einigen anderen echoortenden Fledermäusen, die ihre Ruf-Frequenzen trennen, um Interferenzen zu vermeiden, scheinen diese Hufeisennasen auf eine gemeinsame Frequenz zu konvergieren“, sagte Yoshida.

„Aufbauend auf unserer früheren Studie, die zeigte, dass sie ein ‚stilles spektrales Fenster‘ nutzen, um Doppler-verschobene Echos von flatternder Beute zu detektieren, schlagen wir vor, dass diese Konvergenz es Koloniemitgliedern ermöglicht, dieses Fenster aufrechtzuerhalten und zu teilen.“

Eine ruhigere Hörzone finden

Frühere Arbeiten führten das Konzept eines stillen spektralen Fensters ein.

Gemeint ist damit ein störungsarmer Frequenzbereich oberhalb einer bestimmten Schwelle. In diesem Band können Fledermäuse Echos von flatternder Beute herausfiltern, während Hintergrundstörungen durch andere Geräusche reduziert werden.

Indem sie ihre Rufe so nachregeln, dass der Grossteil unerwünschter Geräusche unter dieser Schwelle bleibt, lassen sich die entscheidenden, Doppler-verschobenen Glints von Insekten verlässlicher erkennen.

Dass viele Tiere eine ähnliche Ruf-Frequenz teilen, scheint dabei zu helfen, diese „saubere“ Hörzone kolonieweit zu stabilisieren.

Jahre an Fledermausrufen

Die Forschenden fingen wilde Hufeisennasen in insgesamt 15 unterschiedlichen Fangzeiträumen.

Bei jedem Tier bestimmten sie die CF2-Frequenz, setzten die Tiere in eine Kolonie in Gefangenschaft und maßen die Frequenzen nach einem Monat erneut.

Von 2008 bis 2024 sammelte das Team bei 15 Fangerignissen Daten sowohl von wilden als auch von bereits in Gefangenschaft lebenden Fledermäusen. Dabei zeigte sich ein asymmetrisches Muster.

Tiere mit niedrigeren Frequenzen – meist frisch eingefangene Wildtiere – verschoben ihre Rufe deutlich stärker nach oben, als Tiere mit höheren Frequenzen ihre Werte anpassten.

Starteten beide Gruppen ohnehin mit ähnlichen Frequenzen, trat diese Verschiebung nicht auf.

„Diese Beobachtung war nur möglich, weil frühere und heutige Laborangehörige die Rufe einzelner Fledermäuse über viele Jahre hinweg sorgfältig dokumentiert haben. Das unterstreicht den wissenschaftlichen Wert von Langzeitdaten, die durch anhaltende Arbeit zusammengetragen werden“, sagte Yoshida.

Warum sich nur einige Fledermäuse veränderten

Die Verschiebung nach oben stützt die Annahme, dass niedrigfrequente Tiere vermeiden wollten, dass sich Beute-Echos mit den bereits von anderen Koloniemitgliedern genutzten höherfrequenten Rufen überlagern.

Indem diese Fledermäuse ihre Rufe anheben, können sie die zurückkehrenden Beute-Echos im gemeinsamen stillen spektralen Fenster halten, statt mit Hintergrundgeräuschen zu konkurrieren.

Hochfrequente Tiere hatten diesen klareren Hörbereich bereits zur Verfügung und damit deutlich weniger Anlass, ihre Rufe zu verändern. So entsteht das ungleichmässige Muster, das sich durch die Studie zieht.

Leben in Kolonien besser verstehen

Zahlreiche Untersuchungen haben analysiert, wie Fledermäuse Echoortung einsetzen – doch deutlich seltener wurde betrachtet, was geschieht, wenn Individuen derselben Art mit unterschiedlichen Ruf-Frequenzen zusammenkommen.

Diese Arbeit schliesst einen Teil dieser Lücke, indem sie zeigt, wie einzelne Fledermäuse ihr Verhalten anpassen, um das Wahrnehmen in der Gruppe zu verbessern.

Gleichzeitig trägt das Ergebnis zum wachsenden Verständnis bei, wie Tiere komplexe sensorische Herausforderungen lösen.

Während Forschende die Echoortung von Fledermäusen weiter untersuchen, könnten Befunde wie dieser auch künftige Verbesserungen an Sonar-Systemen und anderen Technologien anstossen, die Objekte in lauten Umgebungen präzise erkennen sollen.

Die vollständige Studie erschien im Journal für Vergleichende Physiologie A.