Frösche in der Nähe von lauten Bächen beherrschen die Fähigkeit des „Hedong-Löwenbrüllens“.

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Zhao Longhui und Cui Jianguo (Chengdu Institute of Biology, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Im Film „Kung Fu“ von Stephen Chow verwenden der Hausherr und die Hauswirtin das Löwengebrüll-Kung-Fu, um einen klassischen Kampf mit dem bösen Gott der Feuerwolke zu liefern. Auf dem Bild ist das Brüllen des Löwen so schnell wie Donner, und das Geräusch ist kilometerweit zu hören, mit einer furchterregenden Kraft.

Zufälligerweise beherrschen auch Frösche, die in der Nähe von lauten Bächen leben, die Fähigkeit „Hedong-Löwenbrüllen“.

Bildquelle: Screenshot aus dem Film Kung Fu

Jeder weiß, dass die Umwelt Auswirkungen auf die menschliche Entwicklung hat. Tatsächlich gilt das Gleiche auch für Tiere.

Die Projektgruppe für Tierverhalten und Bionik des Chengdu Institute of Biology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat herausgefunden, dass die Rufe von Fröschen, die in lauten Bächen leben, eine adaptive Evolution durchlaufen haben!

Im Vergleich zu Fröschen, die in ruhigen Wasserumgebungen (Teichen, Seen usw.) leben, verfügen Bachfrösche über einfachere Lautäußerungen mit höherer Frequenz, die ihnen bei der Kommunikation in lauten Umgebungen helfen.

Links: Der Lebensraum der repräsentativen Art des Stillwasserfrosches, des Plateauwaldfrosches; Rechts: Der Lebensraum der repräsentativen Bachfroschart, des kleinen Wildbachfrosches (Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Um sich an die Umgebung anzupassen, wurde die Stimme des Frosches lauter

Die Hypothese der akustischen Anpassung besagt, dass sich die Stimmsignale von Tieren in eine Richtung entwickeln sollten, die einer effizienten Übertragung in ihrer Umgebung förderlich ist. Obwohl diese Hypothese bereits seit über 40 Jahren aufgestellt wird, konzentrierte sich die bisherige Forschung hauptsächlich auf die Auswirkungen der Vegetation auf Tierrufe.

Vorhandene Studien haben gezeigt, dass in geschlossenen Wäldern Rufe mit niedriger Frequenz und langer Dauer eine größere Reichweite haben können. In offenen Wäldern hingegen breiten sich Rufe mit hohen Wiederholungsraten und deutlichen Frequenzänderungen effizienter aus, sodass diese Eigenschaften im Laufe der Evolution ausgewählt und kontinuierlich verstärkt werden. Derzeit konzentrieren sich die Umweltauswirkungsfaktoren vor allem auf die Vegetation, während Faktoren wie Lärm und Wüstenbildung weniger Beachtung finden.

Lärm ist in der Umwelt allgegenwärtig. Zu den üblichen Geräuschen zählen abiotischer Lärm (Lärm durch Wind, Regen, fließendes Wasser usw.) und biotischer Lärm (Gesang der gleichen und anderer Arten usw.). Während der stimmlichen Kommunikation werden Tiere leicht durch verschiedene Umgebungsgeräusche gestört.

Wasserrauschen (Bildquelle: Veer Gallery)

Allerdings ist die Forschung zur Hypothese der akustischen Anpassung aus der Lärmperspektive derzeit sehr begrenzt. Bei Tieren, die in der Nähe von fließendem Wasser leben, kann Wasserlärm die stimmliche Kommunikation erheblich beeinträchtigen. Die Aufklärung der Auswirkungen des Geräusches fließenden Wassers auf die Evolution von Tierrufen wird dazu beitragen, die Lücken in der bestehenden Forschung auf diesem Gebiet zu schließen.

Es gibt auch eine Regel für das "Hören auf das Geräusch von Fröschen": Je lauter das Geräusch, desto höher die Frequenz

Gemäß der Hypothese der Schallanpassungsfähigkeit haben die meisten Umgebungsgeräusche eine relativ niedrige Frequenz, während hochfrequente Zwitschersignale Störungen durch Umgebungsgeräusche leicht vermeiden können und Zwitschersignale mit einfachen Frequenzeigenschaften dazu beitragen, die Integrität der Informationsübertragung bei Lärm aufrechtzuerhalten.

Anuren (Frösche und Kröten) können sowohl in lauten Umgebungen wie Bächen und Wasserfällen als auch in ruhigen Umgebungen wie Teichen und Seen leben und sind daher ideale Modelle für die Untersuchung der evolutionären Beziehung zwischen Lärm und Gesang. In dieser Studie wurden Arten aus den Familien Ranidae und Bufonidae verwendet, um zu testen, ob sich die Häufigkeit von Tierrufen in die von der Hypothese der akustischen Anpassung vorhergesagte Richtung entwickelt.

Neben Umgebungsgeräuschen werden die Rufe von Amphibien auch von der Körpergröße, der Temperatur und der Evolutionsgeschichte beeinflusst. Als Störfaktoren stellen sie eine Herausforderung für die Untersuchung der Auswirkungen von Lärm auf Tierrufe dar. Im Rahmen der Studie wurden die Tonfrequenzmerkmale von 105 Arten sowie deren Körpergröße, die Temperatur zum Zeitpunkt der Aufzeichnung und molekulare Sequenzdaten erfasst.

Nachdem die phylogenetischen Beziehungen dieser Arten auf der Grundlage der Gene 12S, 16S, CXCR4 und RAG-1 ermittelt worden waren, wurden die evolutionären Beziehungen, die Umgebungstemperatur und die Körpergröße in die umfassende Analyse einbezogen. Anschließend wurden die Unterschiede in den Frequenzeigenschaften der Rufe von Amphibien in Umgebungen mit hohem Lärmpegel (Umgebung mit fließendem Wasser) und niedrigem Lärmpegel (Umgebung mit stehendem Wasser) verglichen.

Kleiner Wildbachfrosch (Fotograf: Zhao Longhui)

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Rufe der Amphibien in einer lauten Umgebung in Richtung höherer Frequenzen entwickeln und die zeitlichen und räumlichen Änderungen der Tonfrequenz einfacher sind. Im Gegensatz dazu ist in einer Umgebung mit geringem Lärm die Frequenz der Rufe von Amphibien relativ niedrig und die zeitlichen und räumlichen Veränderungen der Tonfrequenz relativ komplex.

Da Umgebungsgeräusche hauptsächlich im Niederfrequenzband konzentriert sind, helfen hochfrequente Geräusche dabei, Störungen durch fließendes Wasser zu vermeiden. Darüber hinaus trägt die Verringerung der zeitlichen und räumlichen Frequenzschwankungen dazu bei, dass sich das Zwitschern im Lärm weiter ausbreitet. Daher stimmen die obigen Ergebnisse mit den Vorhersagen der Hypothese der Klanganpassung überein.

Links: Spektrum des Rufs der repräsentativen Art des Stillwasserfrosches, Rana sylvatica (unten); Rechts: Spektrum des Rufs der repräsentativen Bachfroschart Rana sylvatica (Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Welche Innovationen stießen während der Forschung auf welche Schwierigkeiten?

Diese Studie integriert systematische, verhaltensbezogene und bioakustische Methoden und untersucht den Einfluss von Fließwassergeräuschen auf die Entwicklung von Tiergeräuschmerkmalen unter Berücksichtigung mehrerer Einflussfaktoren. Es weist gewisse Neuerungen sowohl hinsichtlich der Forschungsform als auch des Forschungsinhalts auf. Die Studie umfasste Daten von 105 Arten. Dazu war die Konsultation einer großen Menge an Literatur und die Anwendung derselben Standards zur Überprüfung der Informationen zu jeder Art erforderlich. Die größte Schwierigkeit bestand also in der Datenerfassung. Aufgrund der langen Zeit und des hohen Arbeitsaufwands ist Vorsicht und Geduld erforderlich.

Die Evolution des Froschquakens aus gurgelndem Wasser – was sagt uns das über die Beziehung zwischen Tieren und der Umwelt?

Menschliche Aktivitäten haben zu einer Zunahme des Lärms in der Umwelt geführt und die Lärmbelästigung ist zu einem globalen ökologischen Problem geworden.

Zahlreiche Studien haben ergeben, dass vom Menschen verursachter Lärm nicht nur negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit hat, sondern auch die Kommunikationseffizienz von Tieren verringert und sogar deren Überleben und Fortpflanzung beeinträchtigt. Sowohl natürliches Wasserrauschen als auch vom Menschen verursachter Lärm haben überwiegend eine niedrige Frequenz. Die Aufdeckung der Anpassung und Evolution von Tierrufen im Wasserlärm wird dazu beitragen, vorherzusagen, wie sich langfristiger anthropogener Lärmstress auf die Tierrufe auswirkt, und wird damit auch eine theoretische Grundlage für die Erhaltung der Tiervielfalt bieten.

Beispielsweise können bei Schlüsselarten, deren Ruffrequenz durch Lärm stark gestört wird, menschliche Bauten die Kerngebiete, in denen sie leben, meiden, um die normale Fortpflanzung der Art sicherzustellen.

Die in der Stadt lebende Braundrossel (Turdus fuscater) leidet unter starker Lärmbelästigung.

(Bildquelle: Brumm und Zollinger, 2013)

Wenn sich die äußere Umgebung ändert, reagieren Tiere zunächst mit Verhalten. Durch die Erforschung des Tierverhaltens können wir die Beziehung zwischen Tieren und der Umwelt besser verstehen. Darüber hinaus besitzen wir eine natürliche Neugier auf die Natur und den Menschen selbst. Durch die Untersuchung des Tierverhaltens können nicht nur viele interessante Phänomene aufgedeckt werden, sondern es ermöglicht uns auch, in Tieren oft unseren eigenen Schatten zu sehen.

Durch eingehende Forschungen zum Verhalten von Tieren können wir manchmal aus bionischer Sicht wertvolle Dinge schaffen.

Die Erforschung des Tierverhaltens und der Bionik ist ein Einblick in die Geheimnisse des Lebens und auch ein Blick in uns selbst. es macht Spaß und ist unterhaltsam.

Quellen:

[1] Zhao, L., Santos, JC, Wang, J., Ran, J., Tang, Y. & Cui, J. (2021). Lärm schränkt die Entwicklung von Ruffrequenzkonturen bei Fließwasserfröschen ein: eine vergleichende Analyse in zwei Kladen. Grenzen der Zoologie, 18(1), 1-10.

[2] Brumm, H. & Zollinger, SA (2013). Stimmproduktion von Vögeln im Lärm. In Tierkommunikation und Lärm (S. 187–227). Springer, Berlin, Heidelberg.