Delfine und andere Zahnwale sind hochhirnige Raubtiere, die unsere Vorstellungskraft fesseln; Sie sind äußerst sozial, sie kooperieren und können mit Echoortung in völliger Dunkelheit Beute bis zu einer Tiefe von 2 km jagen.
All diese bemerkenswerten Verhaltensweisen werden durch Geräusche vermittelt, die sich in trüben und dunklen Gewässern weit und schnell ausbreiten. Es ist jedoch ein Rätsel geblieben, wie diese erstaunlichen Tiere ihr reiches Stimmrepertoire in der Tiefe schaffen.
Jetzt eine neue Studie im Fachblatt Wissenschaft berichtet, dass Zahnwale eine luftbetriebene nasale Schallquelle entwickelt haben, die wie die menschliche Stimme in verschiedenen Stimmregistern arbeitet.
Die Studie wurde von Professor Coen Elemans, Stimmwissenschaftler am Institut für Biologie der Universität Süddänemark, und Professor Peter Madsen, Walbiologe am Institut für Biologie der Universität Aarhus in Dänemark, geleitet.
Die Studie zeigt, dass Zahnwale wie Menschen mindestens drei Stimmregister haben; das Gesangsregister (auch bekannt als knarrende Stimme, das die tiefsten Töne erzeugt), das Brustregister (das unsere normale Sprechstimme ist) und das Falsettregister (das noch höhere Frequenzen erzeugt).
„Vocal Fry ist ein normales Stimmregister, das oft im amerikanischen Englisch verwendet wird. Kim Kardashian, Kate Perry und Scarlet Johannsen sind bekannte Personen, die dieses Register verwenden“, sagt Professor Elemans.
Anbringen eines Aufnahme-Tags an der geräuscherzeugenden Nase eines Pottwals. Bildnachweis: Per G. Henriksen, Universität Aarhus.
Den neuen Forschungsergebnissen zufolge verwenden Zahnwale dieses stimmliche Brutregister, um ihre Echoortungsrufe zu erzeugen, um Beute zu fangen.
„Beim Vocal Fry sind die Stimmlippen nur für sehr kurze Zeit geöffnet, und daher braucht es sehr wenig Atemluft, um dieses Register zu nutzen“, fügt Elemans hinzu.
„Und diese Luftökonomie macht es besonders ideal für die Echoortung“, sagt Professor Madsen und fügt hinzu:
„Während tiefer Tauchgänge wird die gesamte Luft auf einen winzigen Bruchteil des Volumens an der Oberfläche komprimiert.“
Zahnwale tauchen bis zu 2.000 Meter tief und fangen mehr Fische als die menschliche Fischindustrie. Wenn sie in den tiefen und trüben Gewässern jagen, erzeugen sie kurze, kraftvolle Ultraschall-Echoortungsklicks mit einer Geschwindigkeit von bis zu 700 pro Sekunde, um Beute zu lokalisieren, zu verfolgen und zu fangen.
„Vocal Fry ermöglicht Walen den Zugang zu den reichsten Nahrungsnischen der Erde, den tiefen Ozeanen“, sagt Madsen.
Rufe eines Killerwals (Orcinus orca) im Einklang mit drei Stimmregistern. Zuerst ein paar Echoortungsklicks (M0-Register), gefolgt von einem Ruf und einem „Pfeifen“, die sich wahrscheinlich im M1- bzw. M2-Register befinden. Bildnachweis: Olga Filatova, Universität Süddänemark.
„Obwohl Vocal Fry beim Menschen umstritten sein und von lästig bis autoritär wahrgenommen werden kann, hat es Zahnwale zweifellos zu einer evolutionären Erfolgsgeschichte gemacht“, fügt Elemans hinzu.
Früher dachte man, dass Zahnwale wie andere Säugetiere mit ihrem Kehlkopf Geräusche machen, aber vor 40 Jahren wurde klar, dass dies nicht der Fall ist; Sie benutzen irgendwie ihre Nase, um Geräusche zu erzeugen. In der neuen Studie hat das dänische Forscherteam aufgedeckt, was genau bei der Verwendung von Hochgeschwindigkeitsvideos durch Endoskope passiert:
Die Zahnwale haben in ihrer Nase ein luftbetriebenes Schallerzeugungssystem entwickelt, das physikalisch analog zur Kehlkopf- und Spritzenschallerzeugung bei Säugetieren und Vögeln funktioniert – aber seine Position ist bei weitem nicht dieselbe.
„Die Evolution hat es von der Luftröhre in die Nase verlagert, was viel höhere Antriebsdrücke ermöglichte – bis zu fünfmal so viel wie ein Trompeter erzeugen kann – ohne das Lungengewebe zu beschädigen“, sagt Madsen.
„Dieser hohe Antriebsdruck ermöglicht es Zahnwalen, die lautesten Geräusche aller Tiere auf dem Planeten zu machen“, fügt Elemans hinzu.
In Tiefen über 100 m kollabieren Wallungen, um eine Kompressionskrankheit zu vermeiden, und sind daher nicht gut für die Luftversorgung, und die verbleibende Luft befindet sich in den Nasengängen des Schädels. Dies bietet einen kleinen, aber ausreichenden Luftraum, um Echoortungsgeräusche in erstaunlichen Tiefen von 2000 Metern zu erzeugen.
Die drei Stimmlagen eines Großen Tümmlers nacheinander. Zuerst ein paar Echoortungsklicks (M0-Register), gefolgt von „Bursts“ im M1-Register und schließlich ein „Pfeifen“ im M2-Register. Bildnachweis: Coen Elemans, University of Southern Denmark & Peter Madsen, Universität Aarhus
Bei der Echoortung setzen Zahnwale Luft in ihrer knöchernen Nase unter Druck und lassen sie Strukturen passieren, die als phonische Lippen bezeichnet werden und genau wie die menschlichen Stimmlippen vibrieren. Ihre Beschleunigung erzeugt Schallwellen, die durch den Schädel zur Vorderseite des Kopfes wandern.
Zusätzlich zur Echoortung machen Zahnwale eine Vielzahl von Geräuschen für ihre komplexe soziale Kommunikation.
„Einige Arten, wie Killer- und Grindwale, machen sehr komplexe Rufe, die erlernt und kulturell wie menschliche Dialekte weitergegeben werden“, sagt Madsen.
In ihrer Studie zeigen die Forscher, dass diese Klänge von den phonischen Lippen erzeugt werden, die in den Brust- und Falsettregistern vibrieren. Sie filmten die phonischen Lippen mit verschiedenen Ansätzen, wobei sie sowohl trainierte Delfine als auch Tiere in freier Wildbahn verwendeten, die sich frei bewegten, mit einem kleinen Etikett, das ihre Geräusche aufzeichnete. Die In-vivo-Aufnahmen wurden im Dolfinarium Harderwijk in Holland gemacht.
„Wir haben fast 10 Jahre gebraucht, um neue Techniken zu entwickeln und all unsere Daten zu sammeln und zu analysieren“, sagt Elemans.
Mehr Informationen:
Peter T. Madsen et al., Zahnwale verwenden unterschiedliche Stimmregister für die Echoortung und Kommunikation, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.adc9570. www.science.org/doi/10.1126/science.adc9570