Proof-of-concept für die Verwendung der Laser-Doppler-Vibrometrie zur Identifizierung einzelner Rufer innerhalb von stimmlichen Interaktionen Afrikanischer Elefanten
Eine kürzlich im European Physical Journal Special Topics veröffentlichte Studie1 stellt eine bahnbrechende Anwendung der Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV) vor, um die Lautäußerungen Afrikanischer Elefanten und ihre Auswirkungen auf das Verhalten besser zu verstehen. Die Forschung zielte in erster Linie darauf ab, die Dynamik der stimmlichen Interaktion innerhalb von Elefantengruppen zu bestimmen, mit besonderem Augenmerk auf eine spezifische Lautäußerung, die als "Los geht's"-Ruf bekannt ist. Diese Kommunikation über niederfrequente Lautäußerungen (Engl. „Rumbling“) spielt eine entscheidende Rolle bei der Koordinierung der Wanderungen von Elefantenherden, bei der Pflege räumlicher Beziehungen und bei der Festigung sozialer Bindungen.
Experimentelle Methodik
Die Forscher führten ihre Studie an einer Gruppe von in Gefangenschaft lebenden Afrikanischen Elefanten in einem weitläufigen, offenen Feld durch. Ihr einzigartiger Ansatz bestand in der Verwendung der Laser-Doppler-Vibrometrie, einer nicht-invasiven Technik zur optischen Messung der Geschwindigkeit von Oberflächen-vibrationen aus sicherem Abstand. Diese Technologie ist für ihre Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie dem Ingenieurwesen, der biomedizinischen Forschung und der Erforschung der Tierkommunikation weithin anerkannt.
Die außergewöhnliche Fähigkeit der Laservibrometrie, Schwingungen berührungslos und aus der Distanz zu erfassen, insbesondere im Infraschallbereich (unterhalb des menschlichen Hörbereichs), macht es zu einem idealen Instrument für die Untersuchung niederfrequenter Lautäußerungen von Elefanten. Die Studie wurde in einem Wildtierreservat in Kalifornien durchgeführt. Die Autoren verwendeten ein spezielles Laservibrometer mit einem unsichtbaren Infrarotlaser, der in der Lage ist, Rufe in Entfernungen von bis zu 300 Metern aufzuzeichnen.
Das Gerät wurde auf einem Stativ auf der Ladefläche eines Pick-up-Trucks platziert und auf eine ausgewählte Elefanten-Kuh ausgerichtet. Wenn dieser Elefant einen niederfrequenten Ruf von sich gab, erfasste das Laservibrometer die Vibrationen präzise und zeichnete die Lautäußerung im Detail auf. Auf diese Weise konnten die Forscher Daten mit einer noch nie dagewesenen Präzision erfassen und Einblicke in die akustischen Merkmale dieser Laute gewinnen.
Akustische Merkmale der Lautäußerungen von Elefanten
Die aufgezeichneten Daten in Abbildung 2 enthüllten wichtige strukturelle Parameter der Lautäußerung. So wurde beispielsweise festgestellt, dass ein typischer „Rumble“-Ruf (Grummel-Ruf) etwa 5 Sekunden dauert, eine Grundfrequenz von 17-20 Hz aufweist und zwei deutliche Obertöne bei etwa 40 und 60 Hz zu hören sind (Abbildung 2). Diese detaillierten Messungen helfen bei der Charakterisierung und Unterscheidung der einzelnen Rufe, was möglicherweise Aufschluss über den emotionalen und physiologischen Zustand der Elefanten zum Zeitpunkt der Rufe geben könnte.
Der "Los geht's"-Ruf, der im Mittelpunkt dieser Studie stand, ist eine einzigartige und äußerst wichtige Lautäußerung in der Elefantengesellschaft. Er wird in erster Linie mit der Initiierung von Herdenwanderungen in Verbindung gebracht. Die LDV-Aufnahmen zeigten, dass die "Los geht's"-Rufe durch eine längere Dauer, im Allgemeinen mehr als 10 Sekunden, und ein ausgeprägtes Muster niederfrequenter Infraschallmodulation gekennzeichnet sind. Das Verständnis der Merkmale dieser Lautäußerung ist von zentraler Bedeutung, um zu verstehen, wie Elefanten ihre Gruppenbewegungen koordinieren und über gemeinsame Aktionen entscheiden.
Verhaltensbiologische Implikationen
Die Forschungsergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis des Verhaltens und der Kommunikation von Elefanten. Die LDV-Technologie, wie sie in dieser Studie demonstriert wurde, bietet zahlreiche Möglichkeiten für den Bereich der Bioakustik und Verhaltensökologie von Elefanten.
Eines der wichtigsten Ergebnisse ist die Fähigkeit, den Rufer innerhalb einer Gruppe von Elefanten zuverlässig zu identifizieren. Dies ist wichtig für das Verständnis der Kommunikationsdynamik innerhalb von Elefantengruppen und für die mögliche Identifizierung von Führungsrollen innerhalb dieser Gesellschaften. Elefantengesellschaften sind komplex, und die Führungsrolle spielt eine wichtige Rolle in ihren Koordinations- und Entscheidungsprozessen. LDV kann Licht in diese komplizierte Dynamik bringen und den Forschern helfen, die soziale Struktur und Hierarchien innerhalb von Elefantengruppen zu erkennen.
Außerdem hat die Technologie praktische Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden zur Untersuchung von Tierstimmen: So wurden beispielsweise stimmaktivierte Halsbänder verwendet, um die Lautäußerungen einzelner Tiere zu überwachen. Diese Systeme sind jedoch häufig kostspielig und schwierig im Feld einzusetzen und können zu Störungen des natürlichen Verhaltens der Tiere führen. LDV hingegen ist nicht invasiv, kann auch über größere Distanzen messen und in Feldstudien eingesetzt werden, um die Lautäußerungen bekannter Individuen innerhalb von Familiengruppen aufzuzeichnen – sogar in freier Wildbahn, ohne das natürliche Verhalten der Tiere zu stören.
Anwendungen und zukünftige Forschung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie zur Anwendung der LDV-Technologie bei Elefanten einen bedeutenden Meilenstein darstellt, um unser Verständnis der stimmlichen Kommunikation von Elefanten zu verbessern. Die Möglichkeit, einzelne Rufer innerhalb einer Gruppenkommunikation zu identifizieren und die individuellen Lautäußerungen mit hoher Präzision aufzuzeichnen, eröffnet neue Wege für die Erforschung des Tierverhaltens.
Die möglichen Anwendungen dieser Forschung sind weitreichend. Das Verständnis der Rolle von Lautäußerungen bei der Koordinierung von Herdenwanderungen und -aktionen unter Elefanten kann Auswirkungen auf ihre Arterhaltung und das Bestandsmanagement haben. In freier Wildbahn könnte es bei der Verfolgung und dem Schutz von Elefantenherden helfen, Einblicke in ihre sozialen Interaktionen geben und die Entschärfung von Konflikten zwischen Menschen und Elefanten erleichtern.
Das nicht-invasive Messverfahren aus sicherer Distanz macht diese Technologie zu einem wertvollen Instrument für künftige Studien an einer Vielzahl von Tierarten. Die Identifizierung von Rufern innerhalb einer Gruppe kann eine gewaltige Herausforderung sein, aber LDV bietet eine vielversprechende Lösung. Forscher, die andere Arten mit komplexen sozialen Strukturen und Kommunikationssystemen untersuchen, könnten diese Technologie für ihre Arbeit nutzen.
Als Fazit lässt sich sagen, dass die Integration von LDV in die Erforschung der Infraschall-Lautäußerungen von Elefanten einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis dieser majestätischen Geschöpfe und ihrer komplexen Gesellschaften darstellt. Mit dem weiteren Fortschritt der Technologie können wir noch tiefere Einblicke in das Leben und Verhalten von Elefanten und vielen anderen Tierarten erwarten, die zu ihrem Schutz und unserem Verständnis der natürlichen Welt beitragen werden.
Literatur
[1] Who is calling: proof of concept for the use of laser Doppler vibrometry in identifying individual callers within African elephant vocalization bouts; Caitlin E. O’Connell-Rodwell, Jodie L. Berezin, Kilian Shambaugh, Ed Stewart; doi.org/10.1140/epjs/s11734-022-00704-5 · 2022, The European Physical Journal Special Topics, № 2, p. 253-259
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