Hört sich gut an, Baby!

2. Juli 2013, 19:33
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Forscher der Uni Graz untersuchen, wie die Mittelmeer-Feldgrille ihre Partner auswählt. Dabei kommt auch ein Cyborg zum Einsatz - ein Roboter mit Grillenneuronen

Während bei vielen Tieren optische oder geruchliche Merkmale darüber entscheiden, ob ein potenzieller Partner als attraktiv wahrgenommen wird, müssen Grillenmännchen auf Brautschau in erster Linie gut bei Stimme sein. Sie erzeugen diese, indem sie ihre Vorderflügel aneinanderreiben - die Weibchen wiederum hören ihnen mit den Vorderbeinen zu - ihre Ohren liegen dort. Was aber entscheidet darüber, welches Männchen für die Damen am besten klingt? Diese Frage wird an der Universität Graz sowohl mit herkömmlichen Mitteln der Verhaltensforschung und der Neurobiologie als auch mit radikal neuen Ansätzen untersucht, neuerdings mit einem Cyborg, einem Mischwesen aus Roboter und Grillennervensystem.

Paarungshungrige Grillenmännchen müssen herausfordernde Bedingungen auf sich nehmen: Sie singen in Konkurrenz mit anderen und geben einen zirpenden Lockgesang von sich, der von vielen Menschen als romantisch wahrgenommen wird. Sein eigentliches Ziel ist allerdings die Anlockung eines Weibchens, das sich bei Interesse zu Fuß auf den Weg zu den Rufern macht. Seine Entscheidung für das Männchen, mit dem es zur Fortpflanzung schreiten wird, macht es deutlich, indem es darauf zumarschiert. Heiner Römer, Leiter der Forschungsgruppe "Neurobiologie und Verhalten" am Institut für Zoologie der Universität Graz, und seine Mitarbeiter untersuchen dieses Phonotaxis genannte Verhalten mit finanzieller Unterstützung des Wissenschaftsfonds auf seine Entscheidungsregeln.

In einer kleinen Arena, die mit zwei Lautsprechern ausgestattet ist, aus denen Lockrufe ertönen, werden die Grazer Grillenweibchen verschiedenen Szenarien ausgesetzt. Wie Römers Gruppe schon früher zeigen konnte, bevorzugen die Weibchen eine Tonhöhe von fünf kHz. "Wer mit 4,5 kHz sendet, hat schlechte Karten", erklärt Römer lapidar.

Kriterien finden

Aber haben Weibchen einen absoluten Standard dafür, was ein "gutes" Männchen ausmacht? Eine eigentlich für den Menschen entwickelte Hypothese besagt, dass absolute Standards bei Wahlentscheidungen selten sind - wer den Zuschlag erhält, hängt eher davon ab, welche Alternativen vorhanden sind.

In Graz soll geklärt werden, ob die gleichen Entscheidungsregeln, die in den Wirtschaftswissenschaften und der Psychologie für den Menschen gefunden wurden, auch für Grillenweibchen gelten: Die Versuchstiere bekommen zunächst über zwei Lautsprecher die Wahl zwischen einem attraktiven und einem unattraktiven Männchensignal. Wie die Laufwege, die eine Kamera über der Arena registriert, belegen, bevorzugen alle Weibchen unter diesen Umständen den attraktiven Artgenossen. Stellt man die Weibchen jedoch vor die Wahl zwischen dem gleichen attraktiven Ruf auf der einen und zwei unattraktiven Signalen auf der anderen Seite, ist die Präferenz plötzlich verschwunden: Sie marschieren nach beiden Seiten gleich häufig. Eine absolute Wahl des besten Männchens gibt es also offenbar nicht.

Um zu zeigen, inwieweit die verwendete Methodik die Ergebnisse der Wahlexperimente beeinflusst, werden dieselben Tests, die in Graz auch direkt im Lebensraum der Tiere ablaufen, von Wissenschaftern in Berlin in einer reinen Laborumgebung durchgeführt. Dabei sitzen die Weibchen auf einem Laufball, der jeden ihrer Schritte aufzeichnet. "Die Methodik der Forschung hat sicherlich Einfluss auf die Ergebnisse", ist Römer überzeugt. Tatsächlich konnte seine Gruppe für die Grillen bereits eine gängige Hypothese zur Partnerwahl im Rahmen des laufenden Projektes widerlegen: Die Annahme von der "fluktuierenden Asymmetrie" geht davon aus, dass unvollkommene Symmetrien bei eigentlich spiegelbildlichen Merkmalen ein Zeichen für verminderte genetische Qualität des Trägers sind und daher dazu führen, dass diese Tiere (oder auch Menschen) gegenüber symmetrischeren Mitbewerbern im Nachteil sind.

Biologisches Mikrofon

Bei den Grillen bezog sich die Hypothese freilich wieder auf Klangliches: Schon geringfügige Asymmetrien der geräuscherzeugenden Flügelpartien bewirken leichte Modulationen des Gesangs, die die Attraktivität der Rufer beeinträchtigen könnten. Laboruntersuchungen schienen dies zu bestätigen. Wie Römer und sein Team jedoch zeigen konnten, ist die Annahme unter natürlichen Bedingungen nicht haltbar: "Die müssen in der Natur im Gras zueinanderfinden", gibt Römer zu bedenken, "und da sind die Unterschiede nicht wahrnehmbar."

"Der große Vorteil von Insekten ist, dass sie ein sehr einfaches Nervensystem haben", betont Römer. Wie andere Gruppen in vorangegangenen Arbeiten festgestellt haben, ist bei den Grillen ein einziges Paar von Nervenzellen für die Verarbeitung der männlichen Gesänge verantwortlich: Diese Neuronen sind Grundlage eines anderen Forschungsansatzes von Römer und seinem Kollegen Manfred Hartbauer. Es ist gelungen, die Hörorgane und die relevanten Nervenzellen der Grillen so zu präparieren, dass sie über viele Stunden hinweg funktionsfähig bleiben und transportiert werden können. "Wir haben damit eine Art 'biologisches Mikrofon' entwickelt, das wir fragen können: Was hörst du?", erklärt Römer.

In nächster Zeit sollen daraus Cyborgs entstehen, bei denen fahrbare kleine Roboter direkt mit der elektrischen Aktivität der Grillenneuronen verbunden werden. Sie sollen vor dieselben Entscheidungen gestellt werden wie die Grillenweibchen, wobei ihre Reaktionen aufgezeichnet werden sollen. "Wir wollen herausbekommen, welche Eigenschaften der nervösen Entladung der Nervenzellen unter schwierigen Bedingungen - also zum Beispiel in einem Chor - am ehesten geeignet sind, den Roboter am schnellsten und mit möglichst wenig Fehlern bei der Orientierung ans Ziel kommen zu lassen", führt Römer aus.

Die Gruppe hat mit den Cyborgs noch Großes vor: Es sollen Insektencyborgs konstruiert werden, die blitzschnelle Entscheidungen auf Basis von akustischen und/ oder visuellen Reizen treffen und so zum Beispiel Zusammenstöße vermeiden. "Kollisionen sind so gut wie immer lebensbedrohlich", erklärt Römer. "Das Nervensystem der Insekten wurde durch Selektion über viele Millionen Jahre darin perfektioniert, sie zu vermeiden, und das mit sehr wenigen Nervenzellen."

Diese Neuronen sollen in Zukunft dazu verwendet werden, Steuerungssysteme zu entwickeln, die Zusammenstöße zuverlässig vermeiden. Unabhängige Untersuchungen an Piloten haben gezeigt, dass Menschen und Insekten in bedrohlichen Situationen ähnlich reagieren: So weichen etwa beide bei der Gefahr eines Frontalzusammenstoßes nach unten aus. (Susanne Strnadl, DER STANDARD, 3.7.2013)

  • Grillen wählen ihre Partner nach akustischen Signalen aus. Dies geschieht in der Laborumgebung aber anders als in freier Natur.
    foto: wolfgang gessl

    Grillen wählen ihre Partner nach akustischen Signalen aus. Dies geschieht in der Laborumgebung aber anders als in freier Natur.

  • Das beforschte Objekt: eine Mittelmeer-Feldgrille.
    foto: corbis / george d. lepp

    Das beforschte Objekt: eine Mittelmeer-Feldgrille.

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