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TELEMETRIE AUF DEN SPUREN DER TIERE


Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung - epaper ⋅ Ausgabe 2/2019 vom 26.04.2019

Ausgeklügelte Techniken ermöglichen es Biologen, die teils erdumspannenden Wege von Zugvögeln, aber auch von anderen Wirbeltieren oder Insekten zu verfolgen. Die Daten können lange umstrittene Punkte klären – und sorgen zudem für manche Überraschung.


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Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung, Ausgabe 2/2019

CHRISTIAN ZIEGLER

Roland Knauer, geboren 1957, hat Chemie studiert und 1987 in Molekularbiologie, Virologie und Immunbiologie promoviert. Seit 1989 arbeitet er als Wissenschaftsjournalist und Fotograf für etliche Tageszeitungen im deutschsprachigen Raum sowie für Zeitschriften und Magazine. Mit seiner Kollegin Kerstin Viering hat er mehr als ein Dutzend ...

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Roland Knauer, geboren 1957, hat Chemie studiert und 1987 in Molekularbiologie, Virologie und Immunbiologie promoviert. Seit 1989 arbeitet er als Wissenschaftsjournalist und Fotograf für etliche Tageszeitungen im deutschsprachigen Raum sowie für Zeitschriften und Magazine. Mit seiner Kollegin Kerstin Viering hat er mehr als ein Dutzend Sachbücher und einige hundert Buchbeiträge publiziert (www.naturejournalism.com).

►►spektrum.de/artikel/1199291

►Irgendwo am Himmel über Franken nimmt das Schicksal des jungen Weißstorchs plötzlich einen unerwarteten Verlauf. Seine Eltern gehören eindeutig zu den Störchen, die östlich einer gedachten Linie vom Alpenfluss Lech über den Harz bis zum Ijsselmeer in den Niederlanden leben. Im Spätsommer ziehen diese Schreitvögel auf der so genannten Ostroute über den Bosporus und das Niltal bis hin zu den Savannen Ost-und Südafrikas.

Doch über Franken entscheidet sich das Jungtier abrupt anders; das verrät ein kleiner Sender auf seinem Rücken. Martin Wikelski, der den Weg des Vogels seit geraumer Zeit mit Hilfe dieses Geräts verfolgt, ist überrascht. Die ungewöhnliche Kursabweichung kann sich der Biologe vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell am Bodensee und der Universität Konstanz nicht so recht erklären. Kurz entschlossen fliegt er mit der Cessna Spirit of MaxCine des Instituts los, peilt den Vogel an und findet ihn tatsächlich.

Das Jungtier hat sich wohl einer anderen Gruppe von Artgenossen angeschlossen, die westlich der Linie von den Alpen zur Nordsee zu Hause sind und daher mit ihrer Westroute einen völlig anderen Weg gen Süden einschlagen. Etliche dieser Tiere überwintern bereits auf der Iberischen Halbinsel mit ihren vielen Maisfeldern, die auch im Winter genug Nahrung versprechen. Andere ziehen über die Straße von Gibraltar und von dort weiter in die Sahelzone Afrikas.

Unterwegs meldet der Sender auf dem Rücken des jungen Weißstorchs erneut ein abweichendes Verhalten: Offensichtlich kehrt das Tier über Marokko um. Der Sender verrät zudem, dass es dort gelandet ist, vermutlich in einer Oase. Dann aber bewegt es sich praktisch nicht mehr weiter. Was ist geschehen? Das erfährt Martin Wikelski erst, als einer seiner Mitarbeiter direkt in der Oase in der marokkanischen Wüste vorbeischaut. Der Storch wird, so findet er rasch heraus, dort inzwischen von einem Mädchen versorgt, das ihn in ihre Hütte mitgenommen hat. Der Vogel war zuvor in einen Sandsturm geraten, die peitschenden Körner hatten sein Augenlicht zerstört. Wenn das Mädchen ihn nicht gerettet hätte, wäre er wahrscheinlich verhungert.

Für den Max-Planck-Forscher ist das Schicksal dieses Weißstorchs ein weiterer Puzzlestein für seine Arbeit, mit der er die Geheimnisse der Wanderungen von Tieren entschlüsseln will. Damit betritt er kein Neuland – Ornithologen widmen sich spätestens seit Anfang des 20. Jahrhunderts intensiv dem Vogelzug. In den 1950er Jahren brachte der damalige Direktor des Frankfurter Zoos Bernhard Grzimek die langen Wanderungen von Säugetieren über die Savannen Ostafrikas einem breiten Publikum nahe. Diese Forschung stieß aber sehr häufig rasch an ihre technischen Grenzen, berichtet Martin Wikelski: »Für die meisten Wanderungen von Tieren gibt es zwar Theorien, die aber bis vor wenigen Jahren mangels geeigneter Geräte kaum überprüft werden konnten.«

Diese amerikanische Königslibelle trägt einen Minisender am Bauch. Er wiegt nur ein viertel Gramm.


CHRISTIAN ZIEGLER

AUF EINEN BLICK MOBILITÄT UND ÖKOSYSTEM

1 Seit 1899 beringen Forscher Vögel, um Informationen über ihre Wanderrouten zu erhalten. Da nur ein Bruchteil der Ringe erneut erfasst werden konnte, blieben die Daten sehr lückenhaft.
2 Mit modernen, leichten Sendern gelingt es Biologen inzwischen, die Wanderbewegungen nicht nur von Vögeln, sondern auch von Landtieren, Fischen und sogar Insekten zu analysieren.
3 Kleinere Tiere lassen sich auch über Satellit online und in Echtzeit verfolgen. Damit werden ihre Einflüsse auf Ökosysteme sowie die Verbreitung von Krankheiten sichtbar.

Weshalb wandern Tiere überhaupt? Auf welchen Routen sind sie unterwegs? Wie verhalten und orientieren sie sich dabei? Welche Gefahren drohen ihnen? Beantworten lassen sich solche Fragen nur, wenn man die Tiere nahezu pausenlos beobachtet. Wie aber soll das gehen, wenn ein Weißer Hai oder ein Buckelwal die Ozeane unter Wasser durchquert? Oder wenn ein Storch in den Lüften zwischen seinem Horst an der Elbe und seinem dem Forscher unbekannten Winterquartier in Afrika oder Spanien unterwegs ist? »Meist beobachten wir wandernde Arten nicht einmal in einem Prozent ihrer Lebenszeit«, beklagt Martin Wikelski die dünne Datengrundlage seiner Disziplin.

Erst seit hinreichend kleine und leichte Sender entwickelt wurden, hat sich die Situation erheblich verbessert: Mit Hilfe des Satellitenortungssystems GPS lässt sich nun laufend die Position und damit der Standort des Tiees bestimmen. Ein solches Miniaturgerät zeichnet zuerst die Daten auf und leitet sie danach über Satellit oder Handynetz an die Wissenschaftler weiter, die so auch die Wege des jungen Weißstorchs bis in die Oase von Marokko verfolgen konnten.

Vor dieser technischen Errungenschaft ähnelte die Wissenschaft über Tierwanderungen eher einem Glücksspiel, bei dem die Verhaltensforscher auf Zufallstreffer hoffen mussten. Noch am Ende des 19. Jahrhunderts wusste man darüber kaum viel mehr als die Bauern, die alljährlich das gleiche Schauspiel erlebten: Im September versammeln sich etwa die Mehlschwalben zu größeren Gruppen auf Telegrafenleitungen und verschwinden dann plötzlich spurlos. Ende April oder Anfang Mai kehren die Vögel zurück. Verbrachten sie die Zwischenzeit vielleicht in Afrika? Das jedenfalls ließen Berichte aus Ostafrika vermuten, wo Mehlschwalben aufgetaucht waren. Aber handelte es sich dabei auch wirklich um die aus Mitteleuropa bekannte Art? Niemand wusste Genaueres. Ähnlich war die Situation bei vielen anderen mobilen Arten, vom Kranich bis zum Star.

Der Biologe Martin Wikelski (links) vom Max-Planck-Institut für Ornithologie rüstet in der Alexander-von-Humboldt-Höhle in Venezuela Fettschwalme mit Sendern aus.

Wissen, wo es langgeht

Woher wissen Tiere eigentlich, wo sie sind und wohin sie ziehen sollen, wenn sie in bestimmten Jahreszeiten oder manchmal sogar nur einmal im Leben zu einer Wanderung aufbrechen? Genau wie bei Menschen spielen dabei Landmarken und Orientierungspunkte eine wichtige Rolle, schildert Max-Planck-Forscher Martin Wikelski: »Wenn wir in den USA mit Sendern ausgerüstete Fledermäuse verfolgt haben, flogen sie häufig entlang Bahnlinien.«

Ähnlich lassen sich viele Tiere von Strom-und Telefonleitungen oder Autobahnen leiten. Oft folgen Vögel auch Bergen, Flüssen oder langen Halbinseln wie der Kurischen Nehrung im Baltikum. Deren hellen Sanddünen dienen ihnen nicht nur als Wegweiser, sondern erleichtern auch den Flug: Über den stark reflektierenden Uferflächen erhitzt sich die Luft stärker als etwa über dunkleren Wäldern oder der Ostsee und steigt in die Höhe. Diese Aufwinde nutzen viele Zugvögel zum Energiesparen.

Jungtiere schließen sich dabei zunächst gern Artgenossen an, die den Weg vielleicht schon kennen. Später fliegen sie aus eigener Erfahrung in die ungefähre Richtung und orientieren sich vor allem an Strukturen wie Hochgebirgen, die sie schon aus großer Entfernung sehen. In der Nacht, über flachen Wüsten oder über dem Meer aber mangelt es an solchen Landmarken. Dann orientieren sich nicht nur Vögel, sondern auch andere Tiere – von Meeresschildkröten über Geckos bis hin zu Fledermäusen – unter anderem mit Hilfe des Magnetfelds der Erde.

Allerdings hat der Magnetkompass einige Tücken. So unterscheidet sich der magnetische Nordpol deutlich vom geografischen und wandert im Lauf der Jahrtausende langsam weiter. Je nach Weltregion weicht daher nicht nur die Nadel eines vom Menschen konstruierten Magnetkompasses mehr oder weniger von der gewünschten Richtung ab, sondern auch der Magnetsinn der Tiere ist davon betroffen. Diese Abweichung müssen Tiere und Menschen gleichermaßen korrigieren. Grauwangendrosseln nutzen dazu den Sonnenuntergang, konnte Martin Wikelski zusammen mit Henrik Mouritsen von der Universität Oldenburg und anderen Wissenschaftlern in einem Freilandexperiment belegen.

Die Forscher hatten im Mittleren Westen der USA Drosseln eingefangen, mit Miniradiosendern ausgerüstet und jeweils zwei Stunden nach Sonnenuntergang freigelassen. Zielstrebig flogen die Vögel nach Norden. Ganz anders verhielten sich Drosseln, die während ihrer Käfiggefangenschaft für einige Stunden einem künstlichen Magnetfeld ausgesetzt waren, bei dem die Nordrichtung um 80 Grad nach Osten gedreht war. Hatten diese magnetisch beeinflussten Vögel während ihrer kurzen Gefangenschaft im Käfig auch einen Sonnenuntergang erlebt, flogen sie genau wie ihre unbeeinflussten Artgenossen nach der nächtlichen Freilassung im normalen Magnetfeld der Erde schnurstracks los. Aber nicht nach Norden, sondern in eine um rund 80 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedrehte Richtung. Sie hielten sich also nach Westen und wichen damit fast rechtwinklig vom Ziel ab.

In ungezählten Experimenten haben Forscher die Existenz eines solchen Magnetkompasses nachgewiesen. Welcher Sensor in den Tieren dafür verantwortlich ist, wird dagegen nach wie vor diskutiert. Der Biologe Henrik Mouritsen von der Universität Oldenburg vermutet ihn zum Beispiel im Auge der Tiere. Sein Argument: In Vogelaugen erzeugt das schwache blaue oder grüne Licht von den Sternen oder der Sonne im Protein Kryptochrom-1 so genannte Radikalpaare. Je nach Ausrichtung des Erdmagnetfelds geschieht das aber unterschiedlich leicht.

Sind die Kryptochrom-1-Proteine in der halbrunden Netzhaut jeweils in der gleichen Richtung zur Oberfläche der Netzhaut eingebaut, liegen sie an verschiedenen Stellen jeweils anders zum Erdmagnetfeld, wodurch die Radikalpaare verschieden schnell entstehen. Im Auge bildet sich also ein Muster von Radikalpaaren, an dem die Vögel sich orientieren können. Der Nachteil einer solchen optischen Orientierung liegt auf der Hand: Sie funktioniert nur bei Licht, in stockdunkler Nacht muss sie versagen.

Andere Forscher favorisieren daher von Natur aus magnetische Eisenverbindungen, die zum Beispiel im Schnabel eingebaut sein könnten und sich dort zum magnetischen Nordpol ausrichten. Neben dem Magnetsinn und der Orientierung an Landmarken nutzen wandernde Tiere oft noch weitere Sinne: »Ein wichtiges Organ für die Orientierung ist auch der Geruchssinn «, betont Martin Wikelski. Eine Wiese riecht schließlich anders als ein Wald, das Mittelmeer anders als die Nordsee oder der Atlantik. Vögel folgen also nicht nur ihrem Magnetkompass, sondern fliegen immer auch ein wenig »der Nase nach«.

MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOLFZELL / MAXCINE / CHRISTIAN ZIEGLER

MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOLFZELL / MAXCINE / JAKOB FAHR

Eine Amsel wird mit einem vier Gramm schweren Sender auf dem Rücken freigelassen (links).

Der Sender auf einem Palmenflughund (rechts) meldet beim Fliegen alle fünf Minuten seine Position.

Wissenschaftliche Flaschenpost

Erst Hans Christian Cornelius Mortensen brachte die Forschung einen großen Schritt weiter, als er 1899 mehreren Staren ein kleines Stück Zinkblech als Ring um ein Bein bog. Auf das Metall hatte der dänische Lehrer seine Adresse sowie eine fortlaufende Nummer gestempelt, mit der er den Vogel später wieder identifizieren wollte. Ein wenig funktioniert Mortensens Methode wie die Flaschenpost, deren Absender auch nicht weiß, wo seine Nachricht ankommt: Wird eine geborgen, bewegt hoffentlich die Neugier den Finder, an die vermerkte Adresse zu schreiben. Auf solche Weise erfuhr auch der Lehrer in Dänemark, wo einige seiner Vögel gelandet waren.

Die Beringung der Tiere war so erfolgreich, dass Johannes Thienemann sie bereits 1903 in der gerade eröffneten ersten ornithologischen Forschungsstation der Welt einführte – in Rossitten auf der Kurischen Nehrung im damaligen Ostpreußen. Im Zweiten Weltkrieg musste diese Forschungsstelle evakuiert werden, seit 1946 wird sie in Radolfzell am Bodensee weitergeführt und ist heute Teil des dortigen Max-Planck-Instituts für Ornithologie. Dessen Leiter Martin Wikelski ergänzt die nach wie vor gängige Beringungstechnik inzwischen mit erheblich genaueren Methoden.

Die kleinen, heute aus Aluminium oder Plastik gefertigten Ringe an den Vogelbeinen liefern nämlich nach wie vor nur Zufallstreffer. Insgesamt starteten im 20. Jahrhundert rund 115 Millionen Vögel mit einem Ring in die Freiheit. Aber gerade zwei Millionen dieser Markierungen konnten wiedergefunden und wissenschaftlich ausgewertet wer-den. Die Methode liefert also gute Stichproben, nicht mehr. Immerhin lernen die Forscher so zum Beispiel, dass ein in Skandinavien beringter Vogel im Wattenmeer der Nordsee Rast macht. Oder dass etliche Mönchsgrasmücken in Süddeutschland im Herbst nicht mehr in den Süden, sondern eher Richtung Nordwesten ziehen und in Großbritannien überwintern.

Unzureichende Daten durch Beringungen

Liegen die Winterquartiere einer Art aber in Afrikas Sahelzone oder noch weiter im Süden, erfahren die Ringjäger nur selten etwas über das Schicksal der Wandertiere. Noch viel weniger verraten die Markierungen über die langen Wege zwischen Nest, Rastplätzen und Winterdomizil. »Mit solchen Daten lässt sich also kaum untersuchen, ob Zugvögel Krankheiten aus Asien nach Europa tragen können oder welche Gefahren einem Storch auf dem Weg in den Süden drohen«, umreißt Martin Wikelski die Grenzen dieser Methode. Das vielleicht eindrucksvollste Beispiel für die Schwä-chen der Beringungsforschung liefern Küstenseeschwalben. Mit rund 100 Gramm liegen diese eleganten Vögel in der gleichen Gewichtsklasse wie Amseln, haben aber mit einer Spannweite von ungefähr 80 Zentimetern mehr als doppelt so lange Flügel. Im Sommer brüten Küstenseeschwalben in vielen Regionen zwischen den Küsten von Nord-und Ostsee bis hinauf in den Norden Grönlands, den Norden Sibiriens und Nordamerikas.

Als Ornithologen die rasanten Flieger mit Ringen versehen freiließen, entdeckten sie nach einiger Zeit sogar Winterquartiere weit im Süden auf den Inseln im Südpolarmeer. Offensichtlich pendeln Küstenseeschwalben also mit den Jahreszeiten längs über den Globus zwischen nördlichen und südlichen Polarregionen. Auf der Landkarte ergibt das eine Entfernung von mindestens 30 000 Kilometern, die der weiße bis hellgraue Vogel mit der schwarzen Federkappe auf dem Kopf jedes Jahr zurücklegt. So weit die Theorie; in der Praxis sieht das Ganze oft noch ein wenig anders aus. Das erfuhren Carsten Egevang vom Greenland Institute of National Resources in Grönlands Hauptstadt Nuuk und seine Kollegen, als sie elf Küstenseeschwalben mit jeweils 1,4 Gramm schweren »Loggern« ausrüsteten. Diese winzigen Fahrtenschreiber zeichnen täglich auf, wie lange es hell ist. Kehren die Tiere ein Jahr später in ihr Brutgebiet zurück, befreien die Forscher sie von den Minigeräten.

Aus den aufgezeichneten Tageslängen ermitteln sie dann die Aufenthaltsorte auf rund 200 Kilometer genau. Die 2010 in der Fachzeitschrift »Proceedings of the National Academie of Sciences« veröffentlichten Ergebnisse übertrafen die erwarteten Flugdistanzen noch deutlich: Einige Küstenseeschwalben hatten jährlich sogar mehr als 80 000 Kilometer zurückgelegt. Dabei bevorzugen sie Routen, auf denen sie häufig Rückenwind haben und möglichst wenig Gegenwind – das belegen die Korrelationen mit den globalen Wetterdaten.

Die weitaus meiste Zeit ziehen Küstenseeschwalben über Wasser. Sowohl über dem Atlantik wie auch über dem Pazifik fliegen sie fern aller Küsten oft Tausende von Kilometern. Die registrierten Daten zeigten auch bisher unbekannte Rastplätze der Weitwanderer. Bei deren Auswahl legen Küstenseeschwalben offenbar auf ganz bestimmte Eigenschaften großen Wert – das Wasser sollte sehr klar sein, und viele kleine Fische sollten darin schwimmen.

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Die Wege der Vogelgrippe

Um mehr über das Leben dieser Vögel zu erfahren, rüsten Martin Wikelski und seine Mitarbeiter von Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell einzelne Tiere mit Sendern aus, die nicht nur die Position, sondern auch Körperdaten wie zum Beispiel die Herzschlagrate verraten. So erfahren die Forscher einiges über den Alltag der Enten: Wo halten sie sich auf, wohin wandern sie, welche Situationen stressen sie, welchen Gefahren sind sie ausgesetzt und wie kommen sie zu Tode?

In Schweden bauen die Ornithologen große Fallen auf dem Wasser. Mit Hilfe von dort stationierten Stockenten und Futter werden dann Artgenossen angelockt. Die so gefangenen Zugvögel werden auf Erreger wie Viren für Vogelgrippe oder Maulund Klauenseuche untersucht. Mit Sendern versehen dürfen diese Enten dann weiter fliegen und verraten so weitere Details aus ihrem Leben.

Der Grund dafür ist ihre Jagdmethode: Die Vögel fliegen dabei meist nur wenige Meter über den Wellen und spähen in die Tiefe. Entdecken ihre scharfen Augen eine mögliche Beute, legt die Küstenseeschwalbe ihre Flügel ein wenig an, kippt ab und stößt im Sturzflug auf ihr Unterwasserziel zu. Junge Tiere müssen diese Technik lange üben, bis sie ihren ersten Fisch erwischen. Küstenseeschwalben müssen ihre Beute gut im Blick haben, was aber nur am hellen Tag und bei klarem Wasser funktioniert. Das erklärt die langen Wanderungen der Vögel: Sowohl im hohen Norden wie auch im tiefen Süden enthalten die kalten Gewässer viele Nährstoffe.

Daher gibt es dort viele Fische, trotzdem ist das Wasser meist sehr klar. Da die Nächte im polaren Sommer kurz sind oder jenseits der Polarkreise zeitweise sogar ganz ausfallen, haben die Tiere für ihre schwierige Jagd genügend Zeit. Offensichtlich nutzen auch andere Vögel diesen Vorteil, wie Bart Kempenaers und Niels Rattenborg 2012 im hohen Norden Alaskas feststellten. Die beiden Forscher vom Max-Planck-Institut für Ornithologie im oberbayerischen Seewiesen untersuchten mit kleinen Sendern die Gehirnströme männlicher Graubruststrandläufer. Während der Polartage ist in der Balzzeit an Ausschlafen nicht zu denken. Die etwa amselgroßen Schnepfenvögel leisten sich dann nur Mikroschlafperioden von allenfalls wenigen Minuten Dauer, wie die beiden Biologen registrierten.

Im Winter gibt es im hohen Norden dagegen nur wenige Stunden Tageslicht; während der Polarnacht steigt die Sonne erst gar nicht über den Horizont. Vögel wie die Küstenseeschwalben würden dort also hungern. In der gleichen Zeit sind aber die Tage im Südsommer vor der Antarktis besonders lang, in den klaren Gewässern wimmelt es von Fischen. Auch wenn es viel Energie und Zeit kostet, rentiert sich offenbar der lange Flug zu den ergiebigen Jagdrevieren im tiefen Süden.

Seit die Forscher wandernden Tieren winzige Fahrtenschreiber anheften, erhalten sie also detaillierte Daten. Dabei erleben sie häufig große Überraschungen. So haben Martin Wikelski und seine Kollegen von der Universität in Caracas und der amerikanischen Princeton University in Venezuela ein Freilandexperiment gestartet. Die Forscher haben in einer Karsthöhle in der Nähe der Stadt Caripe einige der Fettschwalme gefangen, die dort die Nacht verbringen und ihre Jungen füttern.

Wo Humboldt irrte

Bereits Alexander von Humboldt hatte diese exotischen Vögel auf seiner Südamerikareise 1799 in der gleichen Höhle entdeckt. 15 000 der Tiere leben dort, notierte sich der Naturforscher am Ende des 18. Jahrhunderts. Jeden Morgen kehren sie in die Höhle zurück, um ihren Nachwuchs mit den Ölfrüchten zu füttern, die sie in der Nacht gesammelt haben. Von Humboldt schloss auf diese Nahrung, als er den Boden der mehr als zehn Kilometer langen Tropfsteinhöhle näher untersuchte. Noch heute ist er mit Vogelkot und Samen von Ölfrüchten bedeckt. Direkt konnte der Naturforscher das Leben der Vögel damals aber nicht beobachten. Tagsüber leben die Fettschwalme ja in der stockdunklen Höhle und orientieren sich ähnlich wie Fledermäuse mit Klicklauten und deren Echo. Auch auf ihren nächtlichen Flügen zu den Palmen sieht man die Tiere kaum.

SBTHEGREENMAN / GETTY IMAGES / ISTOCK

SUBPHOTO/STOCK.ADOBE.COM

MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOLFZELL / MAXCINE

Mit kleinen Sendern ausgerüstete Kraniche, Graubruststrandläufer, Küstenseeschwalben und Palmenflughunde (von links nach rechts) sollen ihre Flugdaten live über das ICARUS-Satellitensystem (rechts) an Wissenschaftler übertragen.

Das wollten Martin Wikelski und seine Kollegen mit ihren neu entwickelten Loggern ändern. Diese kleinen Flugschreiber wiegen nur wenige Prozent des Körpergewichts der Tiere und bestimmen deren Position in regelmäßigen Abständen mit Hilfe von GPS. Zusätzlich bauten die Forscher noch einen Beschleunigungsmesser ein. »Schlägt der Vogel kräftig mit den Flügeln, beschleunigt er stark«, erklärt Wikelski. Verändert sich zugleich die Position, fliegt der Vogel offensichtlich. Bewegt sich der Fettschwalm aber nicht vom Fleck, obwohl der Sensor am Körper Beschleunigungen registriert, schreit das Tier höchstwahrscheinlich. Mit der Kombination von Satellitenortung und Beschleunigungsmesser können die Forscher also auf bestimmte Verhaltensweisen schließen.

Als die Fettschwalme am Abend mit ihren Loggern losflogen, war Martin Wikelski noch bester Dinge. Doch bis zum nächsten Morgen kam keiner der beiden mit Minigeräten ausgestatteten Vögel in die Höhle zurück. Dem Biologen kamen Zweifel: Vielleicht behindert der Sender die Tiere zu sehr? Sollte er das Experiment nicht besser abbrechen, um die Vögel nicht zu gefährden? Aber wenn die Tiere nicht zurückkehren, kann man ihnen die Geräte ja nicht abnehmen! Auch am folgenden Morgen tauchte keines der Tiere wieder in der Höhle auf. Die Stimmung des Forschers sank. Erst am dritten Morgen kehrten die Versuchstiere wieder zurück, offensichtlich unversehrt. Was war inzwischen geschehen?

Die in den Loggern aufgezeichneten Daten zeigten, dass die Fettschwalme sich ganz anders verhalten, als Alexander von Humboldt vermutet hatte. Zuerst fliegen sie von der Höhle zielstrebig zu einem Baum mit Ölfrüchten, der durchaus 100 Kilometer entfernt sein kann. Vollgefressen kommen sie dann aber nicht zur Höhle zurück, sondern schlafen tagsüber in einem anderen Baum, der weitere 80 Kilometer entfernt sein kann. Dort erst verdauen sie die Ölfrüchte.

Am nächsten Abend geht es dann häufig wieder zum selben Fruchtbaum zurück, wobei der Schlafbaum am darauf folgenden Morgen oft ein ganz anderer ist als der vom Vortag. Warum fliegen die Fettschwalme nicht gleich wieder in ihre Höhle zurück? Schließlich liegt sie nicht viel weiter entfernt, und die Vögel wären dort während des Schlafs vor Räubern wie etwa den nachtaktiven Ozelots geschützt. »Die Daten verraten uns, dass die Tiere in der Höhle jede Nacht bis zu 15-mal aufwachen und laut schreien. Vielleicht können sie weit weg von ihren lärmenden Artgenossen also endlich einmal ungestört ausschlafen«, spekuliert Wikelski.

Auf dem Galapagos-Archipel wandern an den Vulkanhängen Riesenschildkröten, hier auf der Insel Santa Cruz.


VLADIMIR_KRUPENKIN / GETTY IMAGES / ISTOCK

Warnende Ziegen

Diese Ziege trägt am Hals-band einen Sender, der ihre Aktivitäten an den Hängen des Ätnas in Sizilien an Forschungsinstitute überträgt.


MARTIN WIKELSKI

Beim Vorhersagen von Naturkatastrophen schlagen Tiere Naturwissenschaftler um Längen. Kröten, Schlangen, Elefanten oder Gänse scheinen Erdbeben, Tsunamis oder Vulkanausbrüche manchmal schon Stunden oder gar Tage im Voraus zu spüren und verschwinden dann aus gefährdeten Zonen. Für eine zuverlässige Prognose aber taugt das Verhalten einzelner Tiere wenig. Um dieses oft sagenumwobene Verhalten genauer zu ergründen, hat Martin Wikelski am Vulkan Ätna auf Sizilien zwölf Ziegen und fünf Schafe mit Halsbandsendern ausgerüstet, die online über längere Zeiträume Position und Aktivität der Tiere melden.

Beim Auswerten der Daten stach sofort ins Auge, dass zwar in den Nächten einzelne Tiere immer wieder aufwachen und ihren Standort verändern. Sechs oder sieben Stunden vor einem Vulkanausbruch aber schreckten offensichtlich viel mehr Ziegen als sonst auf, und die Logger meldeten eine erheblich gesteigerte Aktivität. »Mit diesem auffälligen Bewegungsmuster hätten wir jede bisher erfolgte größere Eruption Stunden vorher zuverlässig prognosti-zieren können«, erklärt der Max-Planck-Forscher. Eine Patentanmeldung für diese Methode ist bereits eingereicht. Weil Elefanten zum Beispiel die Tsunamiriesenwellen von Weihnachten 2004 vorab geahnt haben sollen, will er auch testen, ob mit Sendern ausgerüstete Dickhäuter zur Katastrophenvorhersage tauglich sind.

Hier sieht man das Bewegungsmuster einer Ziege am Vulkan.


MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOL

Die Grafik zeigt in Blau Stunden vor einer Eruption ein deutlich abweichendes Verhalten.


MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOLFZELL

Am dritten Morgen kehren die Fettschwalme jedenfalls stets zur Stammhöhle zurück, um ihren schon wartenden Nachwuchs zu füttern. Damit aber hatten die Forscher die seit Alexander von Humboldt feststehende Lehrmeinung widerlegt. Bisher ging man von einem Bestand von 15 000 Fettschwalmen in der großen Tropfsteinhöhle aus, weil man dort an jedem Tag so viele Tiere zählen kann. Wenn sie aber nur jeden dritten Tag dort nächtigen, muss es auch dreimal so viele von ihnen geben wie bisher angenommen. Obendrein entpuppten sich die exotischen Vögel als extrem wichtige Komponente des Ökosystems Regenwald. Wenn sie in zwei von drei Nächten an jeweils anderen Schlafbäumen die Samen der verdauten Ölfrüchte ausspucken, verbreiten die Vögel Palmen und Lorbeerbäume über große Distanzen. Da die Art zwischen Panama und Bolivien in den Bergen Lateinamerikas in vielen großen Kolonien lebt, scheinen Fettschwalme für die Artenvielfalt dort sehr wichtig zu sein.

Um diese ökologische Funktion aufzuklären, plant Martin Wikelski weitere Experimente: Implantiert man die Logger in die Bauchhöhle der Tiere, können die Geräte die winzigen elektrischen Ströme von aktiven Nervenzellen aufzeichnen. Aus solchen Daten lassen sich dann die Nervenimpulse am Herzen herausfiltern und damit kann man den Vögeln sozusagen den Puls fühlen oder ihre Gehirnströme messen. »Ähnlich könnte man auch die Nervensignale aufzeichnen, die den Darm und seine Aktivität steuern. Auf diese Weise ließe sich exakt verfolgen, wo und wann ein Vogel kotet.« Damit würde klar, wo der Fettschwalm überall die Samen von Palmen und Lorbeerbäumen deponiert. »Das liefert uns Hinweise, wie das Ökosystem im Regenwald Südamerikas funktioniert.«

Auch in den Wäldern Afrikas hängt die Artenvielfalt möglicherweise von solchen Flugkünstlern ab. Wer einmal Ende Oktober oder Anfang November den Kasanka-Nationalpark in Sambia besucht, kann dort das afrikanische Samenverbreitungskommando bei der Arbeit beobachten. In dichten Trauben hängen die Palmenflughunde tagsüber in den Ästen eines lichten Walds. Erst in der Dämmerung werden sie richtig aktiv. Dann schwärmen aber gleich bis zu fünf Millionen der Tiere aus und flattern unter einem Heidenspektakel zu den Bäumen, die nur zwischen Mitte Oktober und Mitte Dezember reife Früchte tragen. Wie viele andere Flughundarten ist auchEidolon helvum ein leidenschaftlicher Obstkonsument. Wenn die Früchte im Kasanka-Nationalpark reifen, ziehen die Tiere aus dem tropischen Regenwald im Kongobecken etliche tausend Kilometer weit bis nach Sambia. Die bis zu 350 Gramm schweren Säugetiere sind zwischen der Sahelzone im Norden, den großen Städten im Westen Afrikas und Sambia im Südosten des Kontinents unterwegs.

Schildkröten mit Beschleunigungsmessern

Zumindest vermuten Fledertierforscher das. Genaueres über diese Wanderungen will Dina Dechmann herausfinden, die in Radolfzell in der Gruppe von Wikelski arbeitet. Im Frühjahr 2013 haben die Forscher die Tiere mit GPSLoggern ausgerüstet und sie damit auf die Reise geschickt. Nach Auswerten dieser Daten sollte klar werden, wo Palmenflughunde überall Samen verteilen und welche Rolle sie für das Ökosystem spielen.

Doch nicht nur Vögel und Säugetiere wandern, um sich den Magen vollzuschlagen. Auch Reptilien erweisen sich als ziemlich mobil. Das haben die Max-Planck-Forscher Martin Wikelski und Stephen Blake gemeinsam mit Washington Tapia vom Galapagos-Nationalpark erfahren. Auf den Galapagosinseln Santa Cruz und Isabela rüsteten sie 17 Riesenschildkröten mit GPS-Ortungssystem und Beschleunigungsmessern aus. Die Beobachtungen zeigten, dass die bis zu 250 Kilogramm schweren, erwachsenen Tiere in der Trockenzeit im Juni bis zu zehn Kilometer weit an den Hängen der Vulkanberge entlangwandern. So erreichen die Reptilien schließlich das mehr als 1000 Meter über dem Meeresspiegel gelegene Hochland. Im Küstenbe-reich regnet es dann fast nie, während die Hochlagen oft im dichten Nebel liegen. Der versorgt die Pflanzen dort oben mit Feuchtigkeit, die damit weiterwachsen können und den Schildkröten Futter bieten. In der Regenzeit hingegen lassen die Niederschläge auch in den tieferen Regionen der Galapagosinseln das Grün üppig sprießen, und die Kolosse machen sich auf ihren mühevollen Rückweg.

Trotz dieser plausiblen Erklärung für die Wanderungen der Riesenschildkröten gibt es noch Rätsel: Warum bleiben die jungen und kleineren Schildkröten das ganze Jahr im Tiefland? Ist die Wanderung für sie vielleicht zu anstrengend? Falls ja, weshalb sparen sich dann die älteren Tiere nicht ebenso die Kraft raubende Expedition? Gibt es im Tiefland vielleicht nicht genug Futter für alle, so dass einige wandern müssen? Oder sind die jungen Tiere noch zu empfindlich für die kühle Witterung in der Nebelzone? »Um das zu klären, rüsten wir derzeit weitere Schildkröten mit Loggern aus«, berichtet Wikelski.

Geht es bei den Riesenschildkröten ums Fressen, könnten noch größere Tiere wieder ganz andere Gründe für Wanderungen haben. Die 25 bis 30 Tonnen schweren Buckelwale fischen in den artenreichen Gewässern vor Alaska reichlich Kleintiere aus dem Wasser. In gut einem Monat schwimmen die Weibchen dann über 5000 Kilometer bis vor die Küsten Hawaiis, um dort ihren Nachwuchs auf die Welt zu bringen. Im Umfeld der Inselkette finden sie jedoch kaum Nahrung und hungern in dieser Zeit. Warum also der Umzug in die Weiten des Pazifischen Ozeans? Als Grund für die Wanderung und die damit verbundene Fastenzeit der Buckelwale haben Forscher die Schwertwale in Verdacht. Für die auch Orca genannten Tiere, die mit bis zu neun Metern die Länge eines Lkws erreichen, wären neugeborene Buckelwalkälber ein gefundenes Fressen. Schwertwale patrouillieren zwar häufig vor Alaska, erreichen aber kaum jemals das ferne Hawaii. Vielleicht suchen Buckelwale mit ihren ausgedehnten Reisen also für ihren Nachwuchs eine sichere Kinderstube?

Weitwanderer Weißer Hai pendelt zwischen Südafrika und Australien

Um das zu aufzuklären, greifen die Forscher wieder zum probaten Mittel, die Tiere mit Sendern zu versehen. Tauchen die Wale auf, übertragen die Geräte ihre Daten zu einem Satelliten. Bei anderen Meeresbewohnern sind allerdings weitere Tricks gefordert. So beobachtet Barbara Block von der Stanford University in Kalifornien zum Beispiel die Züge von Tunfischen oder Weißen Haien. Diese Tiere aber tauchen selten oder gar nicht auf.

Da Funksignale unter Wasser kaum weitergeleitet werden, stattet die Verhaltensbiologin die Fische mit so genannten Pop-up-Geräten aus. Die Apparate registrieren in bestimmten Zeitabständen den Ort der Tiere, errechnen aus dem Wasserdruck die aktuelle Tauchtiefe, messen Wassertemperatur und Körperwärme. Ein kleiner Computer speichert alle Daten, bis das Gerät nach etlichen Monaten oder wenigen Jahren abgetrennt wird und an die Wasseroberfläche gelangt. Dort kann es sich dann bei einem Satelliten melden, und die Daten können übertragen und ausgewertet werden. Mit solchen Sendern entlarvten Forscher zum Beispiel einen Weißen Hai als Weitwanderer, der zwischen Südafrika und Australien unterwegs war.

Neben den Kolossen wandern aber auch Winzlinge wie die Insekten. Nachdem Martin Wikelski die Amerikanische Königslibelle an der Ostküste der USA mit Minisendern ausgestattet hatte, verfolgte er die acht Zentimeter langen und ein Gramm schweren Insekten einige hundert Kilometer weit nach Süden. Insgesamt legen die Tiere in ihrem Leben wohl einige tausend Kilometer bis nach Florida zurück, manchmal erreichen sie sogar Ölbohrplattformen im Golf von Mexiko. »Vielleicht suchen sie Gebiete, in denen ihre Larven genug zu fressen finden«, vermutet der Max-Planck-Forscher.

Um mehr zu erfahren, möchte der Biologe die Tiere am liebsten rund um die Uhr beobachten. Das aber scheitert zurzeit noch an der Größe der Logger. Deren Gewicht sollte nämlich nicht mehr als fünf Prozent des Körpergewichts des Tiers betragen. Für einen mittelschweren Menschen dürfte ein solches Gepäck daher höchstens vier Kilogramm wiegen, eine 20 Gramm schwere Kohlmeise sollte allenfalls mit einem zusätzlichen Gramm belastet werden. Für die Ingenieure in der Elektronikindustrie stellte die Entwicklung entsprechender Superminisender eine enorme Herausforderung dar. Doch schließlich lieferten sie den Radolfzeller Forschern ein 0,2 Gramm leichtes Gerät, mit dem Wikelski 2010 während der Obstblüte am Bodensee erstmals eine Hummel ausstattete. Tatsächlich flog das Insekt trotz des Gepäcks einige Kilometer weit zu den verlockendsten Blüten. Bei so kleinen Sendern und Tieren haben die Forscher aber ein großes Problem: Auch mit den leichtesten Batterien reicht die Energie nur für Signale, die im dichten Regenwald ein paar hundert Meter oder über einer Graslandschaft einige Kilometer weit empfangen werden können. Sie müssen die Tiere also laufend verfolgen und mit einer Antenne das Signal aus relativ kurzem Abstand direkt aufzeichnen.

Das ist natürlich nicht einfach. Folgt Wikelski zum Beispiel mit Auto und Empfangsantenne einer Amsel mit Sender auf ihrem Weg von Radolfzell in Richtung Dijon in Frankreich, ist er gleich mehrfach benachteiligt. So ist er auf Straßen angewiesen, die oft in andere Richtungen als der Vogelflug führen. »Es braucht einige Erfahrung, um das Verhalten des Tiers einzuschätzen und den richtigen Weg am Boden zu finden.« Obendrein kommen Fahrzeuge mit Antennen auf dem Dach Ordnungshütern leicht verdächtig vor. Während einer Polizeikontrolle kann der Vogel jedoch schnell außer Reichweite geraten.

Mit winzigen Sendern ausgerüstet, können selbst Insekten wie die Erdhummel den Biologen laufend ihre Position verraten.


MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOLFZELL

Auch ein mit Antennen ausgerüstetes Flugzeug löst das Problem nur teilweise. Um etwa den Flug der Küstenseeschwalben zu verfolgen, ist die Reichweite der Instituts-Cessna viel zu gering. Auf hoher See mangelt es an Landeplätzen, und Tankstellen sind noch viel dünner gesät. Auch die Ausstattung der Tiere mit Loggern, die wichtige Daten speichern, hat gravierende Nachteile: Ergebnisse erhalten die Forscher ja nur, wenn sie das Gerät wieder in die Finger bekommen. Kehrt ein Vogel aber nach einem Jahr nicht in sein Sommerrevier zurück, weil er sein Glück vielleicht in einer anderen Gegend sucht oder einem Greifvogel zum Opfer gefallen ist, stehen die Forscher mit leeren Händen da.

Überwachung per Raumstation

Immerhin können große Vögel wie Störche, Kraniche oder Gänse etwas schwerere Sender problemlos tragen, die zumindest jeden Tag zweimal die Position des Tiers über Satellit direkt übermitteln. Damit ließ sich etwa das Schicksal des in Marokko notgelandeten Storches klären.

Martin Wikelski relativierte mit dieser Methode inzwischen auch den einen oder anderen Zugvogelrekord. So wurden aus Flugzeugen Schwarzhalskraniche beobachtet, die in 9000 Metern über dem Meeresspiegel noch die höchsten Gipfel des Himalajas überflogen. Als der Max-Planck-Forscher diesen schier unglaublichen Leistungen mit Satellitenfunkloggern auf den Grund gehen wollte, wählten die Vögel dann aber doch eine einfachere Route. Aus ihren Wintergebieten im Zentraltal des Königreichs Bhutan flogen die Vögel vor allem über die bequemeren Gebirgspässe zu ihren Brutplätzen in Hochland von Tibet. Diese rund 100 Kilometer lange Strecke bewältigen die Kraniche flott in gerade einmal 90 Minuten, fliegen dabei aber nicht höher als 7000 Meter. Kräftezehrende Gipfelüberflüge in 9000 Metern scheinen also eher eine Ausnahme als der Regelfall zu sein.

Die Online-Satellitenfunk-Methode möchte Wikelski auch auf kleinere Tiere ausdehnen. Dafür gibt es eine ganze Reihe von Kandidaten: von den Fettschwalmen in Südamerika bis zu Singvögeln in Eurasien und Amerika, von deren Zügen bisher allenfalls winzige Bruchstücke bekannt sind, oder den Fledermäusen der Alten Welt. Viele der Großen Abendsegler zum Beispiel, einer Fledermausart aus der Familie der Glattnasen, verbringen den Winter nicht in ihren Sommergebieten im Nordosten Deutschlands, in Polen oder in den baltischen Ländern. Stattdessen wandern sie für die kalte Jahreszeit in die mildere Bodenseeregion oder in den Süden Frankreichs. Um über solche Wanderzüge mehr zu erfahren, bräuchte man einen Satellitenfunk, der allenfalls 1,5 Gramm wiegt, um die 25 Gramm schweren Tiere nicht allzu sehr zu belasten. Für diese Leichtgewichte hat Wikelski die International Cooperation for Animal Research Using Space oder kurz ICARUS ins Leben gerufen. Das Projekt treibt er derzeit zusammen mit Kollegen wie Roland Kays vom North Carolina Museum of Natural Sciences und Kasper Thorup vom Naturhistorischen Museum in Dänemark voran. Die Gruppe entwickelt kleine Logger mit rund fünf Gramm Gewicht, die von 100 Gramm schweren Amseln oder Küstenseeschwalben mehrmals täglich ihre Signale an Satelliten senden. Die Miniaturausgabe dieser Sender soll sogar nur noch 1,5 Gramm wiegen und eignet sich daher auch für den Großen Abendsegler und einige Singvögel in Mitteleuropa.

Die Signale dieser Sender gehen an eine spezielle Antenne, die 2018 von der russischen Raumfahrtbehörde Roskosmos an der Internationalen Raumstation ISS angebracht wurde. Künftig sollen ähnliche Antennen auch auf einigen Satelliten mitfliegen, die ohne Bodenstationen Mobilfunk und Internet von fast jedem Ort der Erde aus ermöglichen. Um seine Daten zu übertragen, berechnet ein Logger auf einem Tier dann mit Hilfe des GPS, wann wieder eine Empfangsantenne im Weltraum in Sichtweite kommt, und sendet im richtigen Moment die Informationen. Ein Computer an Bord der ISS bereitet die schwachen Signale der Logger so auf, dass sie weitergenutzt werden können. Diese Informationen gehen dann an eine bereits vorbereitete Datenbank namens Movebank, auf die alle beteiligten Forscher und andere Interessierte Zugriff haben. Insgesamt 15 000 Logger soll ICARUS so von der ISS aus im Blick behalten. Einige davon werden bestimmt neue Überraschungen aus der Welt der wandernden Tiere liefern.

QUELLEN

Berthold, P.: Vogelzug: Eine aktuelle Gesamtübersicht. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, 7. Auflage, 2011
Elphick, J.: Atlas des Vogelzugs. Haupt, 2008
Kostyal, K. M.: Das große Wunder der Tierwanderungen. National Geographic Deutschland, 2010

WEBLINKS

www.orn.mpg.de/3113/Standort_Radolfzell
Webseite des Max-Planck-Instituts für Ornithologie
wp.wildvogelhilfe.org/de/vogelwissen/sonderbeitraege/ grundwissen-ueber-voegel/vogelzug

Informationen rund um den Vogelzug

www.movebank.org
Datenbank, mit denen Wissenschaftler die Wege der Zugvögel verfolgen können

Diese Orchideenbiene zeigt, dass auch die Sendertechnologie an Grenzen stößt. Sogar kleinste Geräte belasten Tiere wie Bienen und Hummeln teils erheblich.


CHRISTIAN ZIEGLER


MPI FÜR ORNITHOLOGIE RADOLFZELL / MAXCINE