v1.0 . Seit Jahrzehnten ist man hier im Fünfseenland Rätseln auf der Spur. Welchen Einfluss hat Verkehrslärm auf Singvögel? Wie koordinieren sich Vögel im Schwarm? Neuerdings beschäftigt man sich auch mit Fischen. Das Max-Planck-Institut für Ornithologie, heute für biologische Intelligenz, in Seewiesen, ist eine bayerische Wissenschaftsinstitution. Untertitelung: BR 2024 Zwischen Ammersee und Starnberger See liegt das Max-Planck-Institut in Seewiesen. 1954 wurde es von den beiden Verhaltensforschern Konrad Lorenz und Erich von Holst gegründet. V.a. Konrad Lorenz, der 1973 den Nobelpreis erhielt, machte das Institut durch seine Forschungen an Gänsen weltbekannt. Manfred Gahr ist der aktuelle Direktor des Instituts. Konrad Lorenz als einer der Erfinder der Verhaltensbiologie steckt eigentlich überall zu einem gewissen Teil drin. Allerdings arbeiten wir heute sehr quantitativ. Die große Leistung von Lorenz war seine intuitive Erfassung des Verhaltens. In unserer täglichen Forschung heute spielt er eher keine Rolle mehr. Doch auch heute noch wird in Seewiesen, wie zu Lorenz' Zeiten, an Gänsen geforscht. In dieser schwimmenden Voliere soll mit Kanadagänsen eines der größten Rätsel der Biologie gelöst werden: Der Schlaf. Bisher weiß man nur wenig darüber, wie Schlaf funktioniert. Letztlich geht es darum, zu verstehen, warum wir und andere Tiere schlafen müssen. Vögel sind besonders interessant. Sie schlafen sehr ähnlich wie wir. Sie haben zwei Arten von Schlaf. Den REM-Schlaf, bei dem man träumt, und den Non-REM-Schlaf. Wenn wir uns ihre Gehirnaktivität ansehen, ist sie der des Menschen sehr ähnlich. Zuerst soll erforscht werden, ob die Gänse, während sie schlafen, gleichzeitig auch paddeln können. Andere Studien und unsere ersten Aufnahmen zeigen, wenn sie ihre Augen schließen, schlafen sie. Und das Schließen der Augen sieht man bei Kanadagänsen besonders gut. Denn bei ihnen sind die Federn um die Augen schwarz und die Augenlider weiß. So lässt sich eindeutig erkennen, wann sie ihre Augen schließen und schlafen. Kameras an den Seiten der Voliere sollen dieses Augenschließen filmen. Zudem tragen die Gänse Sensoren an den Füßen, die sekundengenau mit den Kameras synchronisiert ihre Paddelbewegungen aufzeichnen. Da die Gänse eigentlich überwiegend an Land schlafen, haben Pradeep Trimbake und Dolores Martinez-Gonzalez jetzt etwas Spezielles vor. Die Biologen wollen zwei Stunden lang mit den Gänsen im Schlepptau die Voliere mit dem Boot auf- und abfahren. Die Gänse sollen müde werden und dann beim Schwimmen einschlafen. So der Plan. Damit die Gänse auch hinterherschwimmen, wurden sie von Hand aufgezogen. Manchmal wollen sie uns einfach nicht folgen. Sie haben andere Ideen. Sie wollen zurück an Land kommen, trocken werden und vielleicht ein gesundes Nickerchen machen. Deshalb geben wir ihnen Leckerlis wie Salat und Mehlwürmer, damit sie uns folgen. Und dann fällt das erste Auge tatsächlich zu. Ich denke, die Gänse haben gut gearbeitet, obwohl sie wachsam waren, weil es ein heller Tag ist. Wir haben einige schlafende Gänse beim Schwimmen gesehen. V.a. später schienen sie müde zu werden und schlossen ihre Augen beim Paddeln. Während der Fahrt ist es nicht leicht zu sehen, ob und wie viele Gänse beim Paddeln tatsächlich geschlafen haben. Die anschließende Analyse der Videos wird zeigen, ob der Versuch erfolgreich war. Man sieht eine Gruppe von Gänsen, die schwimmend an der Kamera vorbeiziehen und sich im Wasser fortbewegen. Man kann ihre weißen Augenlider sehen, die anzeigen, dass sie ihre Augen schließen und ein Nickerchen machen, während sie schwimmen. Die grafische Auswertung zeigt, dass die Gänse beim Schlafen aktiv paddeln können. Man sieht eine Minute beim Schwimmen. Die obere Linie steht für das rechte Auge, die untere für das linke. Ist die Linie blau, ist das Auge geschlossen. Parallel dazu sind auf den unteren beiden gezackten Linien die Paddelschläge der Füße dargestellt. Dadurch wird deutlich, dass die Gans 30 Sekunden lang beide Augen schließt, schläft und gleichzeitig paddelt. Das erste Ergebnis ist da. Doch das Projekt ist noch nicht abgeschlossen. Wenn wir verstehen, wie Gänse gleichzeitig schlafen und schwimmen können, könnte das langfristig Aufschluss über die Mechanismen geben, die das Schlafwandeln beim Menschen verursachen. Aber wir haben kein gutes Tiermodell, um zu verstehen, was im Gehirn vor sich geht. Und wir glauben, dass die Gänse uns einen Einblick geben können. Ganz andere Fragen beschäftigen Henrik Brumm, den Leiter der Forschungsgruppe "Kommunikation und Stadtökologie" in Seewiesen. Mit einem Aufnahmegerät ist er an dieser viel befahrenen Straße unterwegs. Ich möchte wissen, was die Lärmverschmutzung durch die Urbanisierung und den immer stärker werdenden Verkehr für Folgen für Wildtiere hat. Dazu nimmt er den Vogelgesang an verkehrsreichen Straßen auf. Bis belastbare Aussagen gemacht werden können, ob sich der Vogelgesang verändert oder die Kommunikation zwischen den Vögeln beeinflusst wird, muss er viele Aufnahmen machen. Diese Forschung ist langfristig. Das braucht auch alles seine Zeit. Auch die Versuche, die wir an Vögeln in Volieren machen, wo wir ihnen Verkehrslärm vorspielen und dann schauen, ob wir da Beeinträchtigungen finden. Um die Frage beantworten zu können, welchen Einfluss der Verkehrslärm auf die Fortpflanzungsrate und die Lebenserwartung von Singvögeln hat, hält Henrik Brumm in Seewiesen in großen Volieren Schwärme von Zebrafinken. Im Gegensatz zum Freiland kann hier die Entwicklung der einzelnen Individuen ein Leben lang mitverfolgt werden. Deshalb sieht Henrik Brumm mit dem Tierpfleger Frank Baumann regelmäßig nach den Vögeln. Wir brüten die Vögel. Die sind Verkehrslärm ausgesetzt. Dann gibt's Kontrolltiere, die keinen Lärm hören. Jetzt kontrollieren wir, wie viele Jungvögel es gibt, wie die sich entwickeln. Aber heute gucken wir, wie viel wir da haben. Der Verkehrslärm, den diese Gruppe Zebrafinken hört, ist der, dem die Brutvögel am Mittleren Ring in München ausgesetzt sind. Es ist möglich, dass sie weniger Eier legen, wenn sie Lärm ausgesetzt sind, weil sie gestresst sind. Oder dass der Schlüpferfolg nicht so hoch ist. Oder dass die Jungen nicht so gut wachsen. Oder auch, dass ein Junges mal stirbt, dadurch, dass es nicht gut versorgt wird. Das wissen wir natürlich nicht und das überprüfen wir. Beide Gruppen Zebrafinken, die mit und die ohne Lärm, werden bestmöglich versorgt. Äußere Einflüsse wie Fressfeinde gibt es nicht. Zebrafinken können bei guter Versorgung das ganze Jahr brüten. Weil die Küken für das Beringen noch zu klein sind, wurden sie mit etwas Lebensmittelfarbe markiert, um sie unterscheiden zu können. Es sieht alles gut aus. Die Jungtiere werden versorgt, sind gut entwickelt. Das passt alles. Die werden auf jeden Fall erwachsen. Insgesamt 17 Jungvögel haben die beiden in den Brutkästen gefunden. Auch wenn es sich bei Henrik Brumms Forschungen um Langzeitprojekte handelt, einige Ergebnisse gibt es schon. Der Verkehrslärm löst u.a. chronischen Stress aus, wenn er langfristig einwirkt. Das hat Veränderungen für die Physiologie. Jungvögel wachsen nicht so schnell. Ein wesentliches Ergebnis ist, dass sie nicht so gut lernen. Die Singvögel müssen Gesang lernen, wie Menschen das Sprechen lernen. Dann entwickelt sich der Gesang über eine gewisse Zeit. Die Vögel haben erst mal eine Brabbelphase, wie bei Menschenkindern. Dann kristallisiert sich der Gesang raus. In Blau sehen wir die Vögel, die in einer ruhigen Umgebung aufgewachsen sind. Da entwickelt sich der Gesang, wird immer stereotyper. Nach 3 Monaten ist er fertig. Da sind sie auf diesem Plateau. Um dieses Plateau zu erreichen, brauchen die Vögel im Verkehrslärm vier Monate. Die brauchen länger, bis sie richtig singen können. Das ist in diesem Fall ein gutes Drittel länger. Es ist nicht nur so, dass die Entwicklung verlangsamt wird durch den Lärm, sondern sie machen beim Lernen auch mehr Fehler. Sie haben länger gebraucht, aber singen schlechter, machen schlechtere Kopien vom Vorbildgesang. Das ist der Lernerfolg. Die Vögel, die im Lärm aufgewachsen sind, haben einen geringeren Lernerfolg als die Vögel, die keinen Lärm gehört haben. Was heißt Lernerfolg? Das sehen wir hier. Das ist die Vorbildstrophe, die die Vögel gehört haben und die sie kopiert haben. Das ist ein guter Lerner. Wenn der erwachsen ist, singt er ziemlich vorbildgetreu diese Strophe nach. Wir sehen, jedes einzelne Element ist ziemlich akkurat kopiert worden. Das ist ein schlechter Lerner. Der hat weniger Elemente kopiert und ist auch, das sieht man z.B. an diesem gut, weniger naturgetreu. Die machen mehr Fehler. Wie wichtig die Kommunikation zwischen Vögeln ist, wird in einem anderen Projekt in Seewiesen untersucht. Susanne Hoffmann erforscht das im institutseigenen Windkanal, den es hier schon seit 25 Jahren gibt. Ich werde in den Windkanal gehen und die Vögel fliegen lassen. Das ist ein Teil unseres Versuchs, wo wir untersuchen, ob die Tiere im Schwarm miteinander kommunizieren, um sich zu koordinieren, um ihre Flugpositionen untereinander zu koordinieren. In den Volieren leben Gruppen von Zebrafinken, die regelmäßig im Windkanal fliegen. Wie die Kanarienvögel tragen auch sie ein Mini-Mikrofon am Rücken. Hier sollen die Finken gleich fliegen. Ich mach einfach hier die Tür auf. Die Tiere sind drauf trainiert, dass sie rausfliegen, sich kurz auf die Stange setzen, und dann direkt in den Flugbereich einfliegen. Die Flüge werden mit Kameras aufgezeichnet und später ausgewertet. Und zurück. Da das Projekt schon einige Zeit läuft, gibt es bereits erste Erkenntnisse. Es ging grundlegend darum, herauszufinden, ob die Vögel Laute nutzen, um sich im Schwarm zu koordinieren. Das konnten wir bestätigen, indem wir gesehen haben, dass, wenn ein Vogel, der vorne im Schwarm fliegt, also vor allen anderen, und nach oben fliegen will, kurz bevor er nach oben fliegt, hat er einen Ruf ausgestoßen. Wir vermuten, dadurch, dass er die Vögel hinter ihm nicht sehen kann, dass er diesen Ruf dafür nutzt, um die anderen zu warnen: "Passt auf, dass wir nicht zusammenstoßen." Als wir dieses Ergebnis hatten, haben wir noch Kontrollexperimente gemacht. Wir haben z.B. den Windkanal abgedunkelt, sodass die Vögel gerade noch geflogen sind, und haben dann gesehen, dass sie mehr rufen. Als Zweites haben wir versucht, die Kommunikation zu stören, indem wir laute Geräusche im Windkanal vorgespielt haben. Wir haben dann gesehen, dass die Vögel weniger rufen, weil sie sich nicht verstehen konnten. Dadurch sind sie öfter zusammengestoßen. Es sieht aus wie zwei Wattebäusche, die sich kurz berühren und dann wieder weiterfliegen. Für das Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen bricht ein neues Zeitalter an. Nach 70 Jahren Eigenständigkeit wurde es mit dem für Neurobiologie in Martinsried im Münchner Süden zum Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz vereint. In Martinsried forscht Ashley Parker an Tanganjika-Schneckenbarschen. Diese Buntbarsche aus Afrika vermehren sich gut im Aquarium und haben ein komplexes Fortpflanzungsverhalten. Die Männchen dulden nur Weibchen in ihrem Revier. Die legen ihre Eier in leere Schneckenhäuser, die sie oder ein Männchen in den Sand eingraben. Zudem betreiben sie Brutpflege. Wir wollen herausfinden, welche Rolle diese Schneckenschale in ihrem täglichen Leben spielt. Wie bauen sie ihr Nest mithilfe der Schneckenschale? Und wie ziehen sie ihre Nachkommen in der Schale auf? Wir wollen diesen Prozess verstehen und herausfinden, welche Teile des Gehirns an der Arbeit mit der für diese Art so wichtigen Schneckenschale beteiligt sind. Das Experiment wird 11 Tage dauern. D.h., wir werden 11 Tage lang filmen und fotografieren. Das ist der Zeitraum, von dem wir wissen, dass die Larven oder Baby-Buntbarsche in der Schneckenschale bleiben. Diese Zeitspanne möchten wir beobachten und herausfinden, wie alt die Babyfische sind, wenn sie zum ersten Mal aus der Schneckenschale herausschwimmen. Denn das ist nicht bekannt. Die hier im Institut verwendeten Schneckenschalen werden von den Forscherinnen mit einem 3-D-Drucker hergestellt. Für das Gelingen des Experiments gibt es weitere Voraussetzungen. Es ist wichtig, dass sich das Männchen und das Weibchen, die wir einsetzen, bereits kennen und ein eingespieltes Paar sind. Das erhöht die Chancen, dass sie sich fortpflanzen. Doch erst mal muss Ashley Parker die 4-6 cm großen Fische erwischen. Das vermeintlich sichere Versteck in der Schale ist für den Fisch doch nicht so sicher. Die 3-D-gedruckten Schalen sind so konzipiert, dass man sie aufklappen kann. Man sieht dort die gelbe Linie und hier eine orangefarbene Linie. Sie haben vier mögliche Stellen, an denen sie farbige Linien haben können, die wir ihnen eintätowiert haben. Und dementsprechend haben sie unterschiedliche Muster und Farbkombinationen von Streifen. So kann jeder Schneckenbuntbarsch eindeutig identifiziert werden. Anschließend kommt der Fisch ins Versuchsbecken. Die halbe Schneckenschale wird gleich wieder entfernt. Ein Männchen und ein Weibchen werden nacheinander eingesetzt. In der Wand des Aquariums befinden sich zwei künstliche Schneckenschalen, in die jeweils mit einer Kamera gefilmt werden kann. Wir warten im Grunde darauf, dass das Männchen und das Weibchen jeweils eine Schneckenschale nehmen. Wir haben zwei Schneckenschalen im Versuchsaufbau. Das Männchen wählt zuerst eine, dann geht das Weibchen in die andere und legt die Eier normalerweise in diese Kammer hier. Dann beobachten wir, was passiert, wenn sie schlüpfen, wie sich die Larven in der Schneckenschale bewegen und wie sie die verschiedenen Kammern in der Schale nutzen, während sie sich entwickeln. Und wir filmen den gesamten Prozess über 11 Tage. Im Anschluss müssen die Aufnahmen der 11 Versuchstage ausgewertet werden. Das macht ein Computerprogramm, das die Biologin selbst geschrieben hat. Dieses Programm muss aber erst angelernt werden. Dazu muss Ashley Parker die Objekte markieren und benennen, nach denen das Programm auswerten soll. Die gelegten Eier. Das Gesicht der Mutter. Die Brustflosse der Mutter. Und die Schlüpflinge. Einige Zeit später kann die Forscherin das Ergebnis interpretieren. Hier haben wir das Diagramm. Im Wesentlichen zeigt es, dass jede einzelne vertikale Linie ein einzelnes Bild ist. Und die Intensität der Farben ist ungefähr die Anzahl der Nachkommen in diesem Rahmen, auf die drei Kammern aufgeteilt. Oben haben wir die Eingangskammer, dann die Legekammer und dann die Tiefenkammer. In diesem Beispiel sehen wir also, dass die meisten Individuen in der Legekammer gezählt werden, und zwar dann, wenn es sich um Eier handelt. Und dann gibt es diese plötzliche Bewegung zwischen dem 2. und 3. Tag, wo sie in die Tiefenkammer hinunterwandern. Zu diesem Zeitpunkt schlüpfen sie und werden von der Mutter aktiv in diese Kammer gebracht. Die Larven halten sich dann bis zum 9. Tag in der Tiefenkammer auf. Und am 9. Tag sehen wir sie wieder mehr in der Legekammer und dann zum ersten Mal in der Eingangskammer. Und das ist ein Hinweis darauf, wann sie aus der Schneckenschale herausschwimmen. Ich denke, die wichtigsten Ergebnisse sind, dass die Larven 9 Tage nach der Befruchtung schlüpfen und dass die Mutter eine wesentliche Rolle spielt. Sie hat ihre eigene 9-Tage-Uhr und erwartet, dass die Larven etwa 9 Tage nach der Befruchtung schlüpfen. Wenn diese Tage nicht synchronisiert sind, wir also z.B. die Larven gegen ein älteres Gelege austauschen und die Erwartungen der Mutter nicht mit dem tatsächlichen Alter der Nachkommen übereinstimmen, versucht sie sehr aktiv, diese unten zu halten. Sie glaubt nicht, dass diese schon so weit sind, die Schneckenschale zu verlassen. Biologisch gesehen sind sie aber bereit. Es ist also ein Kampf. Das Larven- und das Mutterverhalten wird also jeweils durch unabhängige innere Uhren gesteuert, die normalerweise synchronisiert sind. Wie Ashley Parker forscht auch Swantje Grätsch an Schneckenbarschen. Sie will heute einen Versuch durchführen, bei dem ein Buntbarschweibchen eine Schneckenschale in einem speziellen Aquarium eingraben soll. Ich möchte heute die Bausequenz von unseren Buntbarschen untersuchen. Und zwar möchte ich wissen, wie sie ihr kleines Nest bauen. Dafür habe ich hier meine experimentellen Fische. Da werde ich gleich einen rausholen und den filmen und werde dann sehen, wie die Schneckenschale eingegraben wird in den Sand. Die Kernfrage ist im Prinzip, wie ein Vertebraten-Gehirn komplexes Verhalten steuern kann. Wir erhoffen uns dadurch, dass wir diese Schneckenbuntbarsche im Labor gut halten können und ein Verhalten gefunden haben, das sehr reproduzierbar ist, dass wir das sehr gut daran erforschen können. Dazu muss die Biologin vorsichtig ein Weibchen aus dem Becken fangen und es dabei möglichst wenig stressen. Die Weibchen sind mit einer Größe von etwa 4 cm kleiner als die Männchen, die etwa 6 cm lang werden. Der eigentliche Versuch findet in einer speziellen Vorrichtung statt, in der der Fisch von allen Störeinflüssen abgeschottet ist. Jetzt nehme ich diese 3-D-gedruckte Schneckenschale und werde sie da rein platzieren. Und dann überlassen wir dem Fisch seine Arbeit. In die etwa 10 cm hohe Sandschicht soll das Buntbarschweibchen die künstliche Schneckenschale eingraben. Dafür hat es 6 Stunden Zeit. Eine Kamera zeichnet das Verhalten des Weibchens auf. Ja, hat alles sehr gut geklappt. Der Fisch verzieht sich jetzt erst mal ein bisschen, bleibt ein bisschen in der Schneckenschale. Nach einer Zeit, wenn sie merkt, dass es sicher ist, wird sie rauskommen und erst mal die Schneckenschale inspizieren und dann auch ziemlich bald mit der Bausequenz anfangen. Nach den 6 Stunden wertet Swantje Grätsch die Aufnahmen aus. Ich lege die Schneckenschale am Anfang immer so hin, dass die Öffnung nach oben zeigt. Bevor der Fisch irgendwas macht, anfängt zu graben, wird die Schneckenschale so rotiert, dass die Lippe mit dem Sand abschließt. Erst, wenn das passiert, fängt der Fisch an zu graben. So beginnt dann die Bausequenz. Dann fängt er an, wie man das da gerade sehr schön sieht, den Sand um die Schneckenschale herum wegzugraben und in der Peripherie auszuspucken. Das geht eine ganze Weile so. Wenn man das mittelt über all meine Kontrollexperimente, kann das schon mal eine Stunde dauern, was faszinierend ist, weil das sehr energieaufwendig ist an sich. So wird die Schneckenschale positioniert, weil wir gesehen haben, dass die so schön vertikal in den Sand positioniert werden. Sobald das abgeschlossen ist, findet eine andere Sequenz statt, wo der Fisch den Sand auf die Schneckenschale raufwirft und sie zudeckt mit dem Sand. Der Fisch geht von der Schneckenschale weg und hat dann diese Bewegungen. Er öffnet den Mund, geht so in den Sand rein. Dann wird die Schwanzflosse sehr schnell bewegt. So landet der Sand auf der Schneckenschale drauf. Sobald sie fertig sind, wird die Schneckenschale gereinigt. Der Fisch geht rein. Und der Sand, der aus Versehen in der Schneckenschale gelandet ist, wird raustransportiert und ausgespuckt. Doch es soll nicht nur der genaue Ablauf des komplexen Fortpflanzungsverhaltens erforscht werden. Die Forscherinnen und Forscher wollen auch herausfinden, in welchen Teilen des Gehirns welche Nervenzellen dabei aktiv sind. Das Spezialgebiet von Alessandro Dorigo. Wir möchten gerne identifizieren, welche Zellen aktiv sind, in diesem Verhalten z.B. Was wir hier sehen, sind Zellen, die positiv für c-Fos sind. c-Fos ist ein Gen, das innerhalb von 20-30 Minuten transkribiert wird. Wir können dieses c-Fos identifizieren und markieren. Diese c-Fos-Gene werden aktiviert, wenn eine Nervenzelle aktiv ist. Bei den Buntbarschen wurden an die c-Fos weitere Gene gekoppelt, die bei Aktivität ein leuchtendes Protein produzieren. So sieht man genau, welche Nervenzellen bei welchem Verhalten aktiv sind. Beim Nest-Bilden können wir sehen, dass hier im Telencephalon der Unterschied ziemlich stark ist. Und sie sind sehr aktiv. Um herauszufinden, welche neuronalen Schaltkreise im Telencephalon, also im Groß- oder Endhirn, und welche Gene für das komplexe Fortpflanzungsverhalten der Buntbarsche verantwortlich sind, müssen sie hier noch viele weitere Experimente durchführen. 35 Jahre nach dem Tod von Konrad Lorenz ist die Forschung am nun gemeinsamen Institut für biologische Intelligenz in Seewiesen längst eine ganz andere. Aber immer noch gilt es, viele Rätsel zu lösen. Untertitelung: BR 2024