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BLOG: Biosenf

Würziges aus den Biowissenschaften
Biosenf

So beschreibt der Fotoband „Was fliegt denn da?“ den Gesang der Rohrammer Emberiza schoeniclus. Ich bewundere Menschen, die an solchen Beschreibungen Vögel erkennen können. Ich kann das nicht, obwohl ich mich schon näher mit dem Gesang der Rohrammer befasst habe.

Musurgia universalis, sive, Ars magna consoni et dissoni in X libros digesta Ars magna consoni et dissoni,  Kircher, Athanasius, 1602-1680. St Andrews copy at r17f ML3805.K5M8 with engraved portrait of Archduke Leopold Wilhelm of Austria bound before added engraved title page.http://library.st-andrews.ac.uk/record=b1997645~S1 Gefunden auf: http://standrewsrarebooks.wordpress.com/2013/04/09/52-weeks-of-inspiring-illustrations-week-42-athanasius-kirchers-beautiful-musurgia-universalis-1650/
Athanasius Kircher versuchte den Vogelgesang der Nachitgall mit Noten zu beschreiben. Credit: http://library.st-andrews.ac.uk/record=b1997645~S1 Musurgia universalis, sive, Ars magna consoni et dissoni in X libros digesta
Ars magna consoni et dissoni, Kircher, Athanasius, 1602-1680. St Andrews copy at r17f ML3805.K5M8 with engraved portrait of Archduke Leopold Wilhelm of Austria bound before added engraved title page.http://library.st-andrews.ac.uk/record=b1997645~S1
Gefunden auf: http://standrewsrarebooks.wordpress.com/2013/04/09/52-weeks-of-inspiring-illustrations-week-42-athanasius-kirchers-beautiful-musurgia-universalis-1650/

2010 hatte ich das Glück bei der Verhaltensbiologie-Gruppe an der Freien Universität in Berlin mitzuarbeiten und mehr über den Gesang dieses kleinen Feuchtgebiet-Vogels zu erfahren. Ich bekam die Möglichkeit diesen Vogel -(und Fledermaus) Liebhaberhaufen kennenzulernen, was letztendlich in einer Publikation mündete. In der Arbeitsgruppe von Juniorprofessorin Silke Kipper arbeitet ich besonders mit Conny Bartsch und Silke Voigt-Heucke zusammen. Sie brachten mir viel über Vogelgesang bei und über die traditionsreiche Forschung darüber. Nicht nur die hartgesottenen Birder (siehe der Spielfilm „ein Jahr vogelfrei“), immer auf der Suche nach dem nächsten Sichtungskick, interessieren sich für Vogelgesang. Zuerst war es wohl das Gefühl für Musik, das im Menschen das Interesse für den Gesang von Amsel, Nachtigall oder Meise weckte. In Indien, Griechenland und im alten Rom hielt man schon seit der Antike Singvögel wie Myna oder Nachtigall in Vogelkäfigen und Volieren.

Aristoteles, der alte Alleskönner, hat den Gesang genutzt um Vögel in „Gene“ (γένη), Arten, zu ordnen. Er erkannte: diese Arten lassen sich nach Gesängen unterscheiden. Aber er beschrieb auch schon die Laute und unterschied sie nach Eigenschaften wie Tonhöhe, Modulation, Variation.

“The nightingale, when the hills are taking on verdure, sings continually for fifteen days and fifteen nights; afterwards it sings, but not continuously. As summer advances it has a different song, not so varied as before, nor so deep, nor so intricately modulated, but simple”

Aus Περὶ τὰ Ζῷα Ἱστορίαι “Inquiries on Animals”; (lat. Historia Animālium “History of Animals”). Aristoteles, geschrieben 350 V. Chr. , ins Englische übersetzt von D’Arcy Wentworth Thompson, 1910: http://classics.mit.edu/Aristotle/history_anim.html

Der Philosoph benutze als erster den Gesang als einen der Merkmale, um Ordnung in die Vogelwelt zu bringen. Diese Idee griffen viele weitere Forscher und Gelehrte auf.

Einer der ersten Versuche die Tonfolgen zu beschreiben, die Vögel charakterisieren, war 1650 das Buch von Athanasius Kirchers Musurgia Universalis – Kircher war ein deutscher Universalgelehrter, der in Rom lebte und unteranderem den Gesang der Nachtigall als Musiknoten niederschreib.

Alfred Newton wiederum, ein Mitbegründer der Ornithological Society wandte als erster Darwins Evolutionstheorie, die er als „vera causa [true cause]“ bezeichnete, auf die Vogelkunde an. Er ging in der Analyse des artspezifischen Gesangs einen Schritt weiter und fragte sich, ob Vögel derselben Art in unterschiedlichen Ländern im Dialekt singen. 1896 schlug er sehr vorsichtig vor:

“A curious question, which has as yet attracted but little attention, is whether the notes of the same species of Bird are in all countries alike. From my own observation I am inclined to think that they are not, and there exist “dialects”, so to speak, of the song”

Newton (1893–1896), Dictionary of Birds. Reprinted in one volume (1088 pages) Black, London, 1896.

Heute weiß man, dass Gesänge einer Art geographische Variationen zeigen. Die Nachtigall in Berlin singt anders als die Nachtigall in Basel, so wie die Menschen auch andere Dialekte sprechen. Es gibt also innerartliche Variation des Artcharakters „Gesangs“, wie Newton richtig erkannte.

Vogelgesangsforscher beantworten, wie alle Verhaltensforscher Nicolaas Tinbergens vier Warum-Fragen zu ihrem Forschungsobjekt: Wie hat sich Gesang evolutionär und physiologisch entwickelt? Und was ist, evolutionär und physiologisch, die Funktion der Eigenschaft „Gesang“? Tinbergen stellte seine Klassifizierung 1963 auf – in der Blütezeit der Ethologie.

Aber schon zuvor stellten die Vogelforscher diese Fragen. Schließlich beschreibt Aristoteles schon vier Arten von Kausalitäten (causa materialis: die Materialursache, causa formalis: die Formursache, causa efficiens: die Wirkursache, causa finalis: die Zweckursache), die sich mit Tinbergens Fragen vergleichen lassen. Im 19. und 20. Jahrhundert erkundeten Forscher, wie Gesang im Syrinx, dem Organ, das nur die Singvögel, die Passeriformes, besitzen, entsteht. Die frühen Ornithologen wollten auch wissen, wie der Gesang sich entwickelt: Ist er Angeboren oder erlernt? Das ist eine Frage, die sich in so vielen Bereichen der Biologie mit der Zeit und der Entdeckung von Epigenetik (http://www.theguardian.com/science/2014/sep/07/epigenetics-heredity-diabetes-obesity-increased-cancer-risk) in ein „Jein“ entwickelte: Die Mönchsgrasmücke wird mit einem Großteil ihrer Gesangsfähigkeiten geboren, die Nachtigall lernt jedes Jahr Strophen dazu.

In diesem Video erklärt Constance Scharff wie die Entwicklung und des Erlernens des Gesangs am Beispiel des Zebrafinken erforscht wurde und wird. Sie leitet den Lehrstuhl Verhaltensbiologie an der FU Berlin, zu dem auch Silke Kipper gehört.

http://dasgehirn.info/aktuell/hirnschau/wie-voegel-das-singen-lernen-5291/

Vogelforscher stellten auch die Frage der Funktion von Gesang: Sie wandten die Evolutionstheorie an und stellten fest, Gesang scheint sowohl in der Paarung, als auch in der Verteidigung der Territorien von männlichen Vögeln eine große Rolle zu spielen. Ornithologen am Anfang des 20. Jahrhundert wie Charles Witchell und später Howard Saunders bedienten sich Darwins Theorie der natürlichen aber auch der sexuellen Selektion und versuchten so zu erklären, wie der Gesang in der Evolution aufkam: Eine gängige Hypothese ist, dass aus einfachen Rufen im Laufe der Co-Evolution von territorialem Verhalten ein Gesang entstand. All das ist immer noch „work in progress“.

Der erste Schritt um die Warum-Fragen zu beantworten, bleibt jedoch die Fähigkeit Verhalten genau beschreiben zu können. Gesang genau zu analysieren, ist nicht trivial. Lautmalerei, wie in „Was fliegt denn da?“ ist eine Möglichkeit. Es wurde auch versucht, die Gesänge mit Noten zu beschreiben (siehe oben). Im Bestreben nach Objektivität und Messfähigkeit waren diese Methoden jedoch nicht genau. Viele Forscher gaben zu bedenken, dass die musikalische Notation den Vogelgesang auf menschliche Wahrnehmung reduziere.

Erst die Erfindung der Tonaufnahmen ermöglichte es die physikalischen Eigenschaften der Tonfolgen zu bestimmen, die Vögel von sich geben. Es war der Film der den Durchbruch brachte. Eine Filmgesellschaft sprach 1935 Ornithologen der Cornell University an, ob sie ihnen nicht helfen könnten, Vögel im Freien aufzunehmen. Die Tonaufnahmen entstanden auf einer Filmrolle als Tonträger. Etwa gleichzeitig erfand Fritz Pfleumer in Deutschland das Magnetophon. Nun war zwar der Gesang im Labor abrufbar, doch, wie es Brand 1937 formulierte, löscht es nicht den Durst nach Objektivität:

“We hear what we are listening for and what we expect to hear “(Brand, 1937)

Brand gelang es unter dem Mikroskop auf seinen entwickelten Filmrollen die Veränderung des Tons mit der Zeit sichtbar zu machen.

Das Phänomen Gesang konnte nun genauer beschrieben werden. Tonhöhe, Rhythmus, Modulationen waren katalogisierbar und mit Herz, Dezibel, und Millisekunde zu beschreiben. Es entstand das Herzstück der Bioakustik: Das Spektrogramm: ein Audiosignal wird als sich nach der Zeit ändernde Frequenzkurve dargestellt. Die Amplitude bildet eine dritte Dimension, farbkodiert oder in Graustufen. Der Amerikaner Areta Saunders schlug schon 1915 diese Darstellungsform für Gesang vor. Es finden sich heute zahlreiche Internetseiten, in dem alle Rufe und Gesänge von Vogelarten aufgezeichnet sind. Sogar Apps.

Doch die individuellen Eigenschaften von Gesängen zu studieren, ist immer noch eine Herausforderung. In unserem Rohrammer-Projekt haben wir die individuellen Unterschiede im Gesang gemessen. Die Aufnahmen kamen aus dem Unteren Odertal. Wir gingen in der Objektivierung noch einen Schritt weiter: Wir ließen die Gesänge computergestützt analysieren. Denn das Auge ist nur ein Sinnesorgan, dass Muster erkennt und bewertet – auch beim Auswerten der Spektrogramme: Die Arbeitsgruppe von Silke Kipper analysiert hauptsächlich Nachtigall-Gesänge. Sie besitzen einen Katalog von Spektrogrammen, die bestimmte Gesangskomponenten, die immer wieder bei unterschiedlichen Nachtigallen auftauchen, benennen. Sie können auf diese Weise bestimmen, wer wie von wem gelernt hat. Nun kann man einen neu-aufgenommen Gesang mit dem Auge als einer dieser Katalog-Strophen identifizieren oder man kann ein Mustererkennungsprogramm verwenden. Es nutzt Kriterien, die eine voreingestellte Abweichung von dem Muster erlauben. Die Strophe wird als Strophe A erkannt, weil zum Beispiel die Tonhöhenveränderung mit der Zeit um weniger als 2 % vom Muster abweicht. So lassen sich die Ergebnisse besser nachvollziehen und wiederholen. Der Effekt „Mensch“ wird reduziert. Für unsere Rohrammern erstellten wir einen neuen Katalog von Gesangskomponenten namens Silben, aus denen sich das Lied zusammensetzt. Mehre Töne bilden Silben und diese bilden mehrmals weiderholt eine Strophe. Wiederum diese wird immer wieder gesungen und variiert. Eine Rohrammer singt zum Beispiel AAA BBB SSSS AAA BBB DDD AAA BBB DDD AAA BBB DDD AAA BBB FFF. Wir haben nun verglichen, ob und wie diese Silben von den 11 Vögeln, die wir auswerten konnten, geteilt beziehungsweise nur von einem Vogel allein gesungen werden. Es scheint die erste Silbe ist meist einzigartig und entspricht so etwas wie dem Namen des Vogels:

FredFredFred BBB DDD singt die Rohrammer Fred zum Beispiel. Je weiter hinten in der Strophe desto eher tauschen die Ammern die Silben aus. Diese Silben verwenden die Nachbarvögel zum Teil auch.

Ein kleines feines Ergebnis und ein Anlass, um mich tiefer mit der Geschichte der Bioakustik zu beschäftigen. Mit denselben technischen und theoretischen Ansätzen werden auch die Laute von Fledermäusen, Walen, Affen, Mäusen und Grillen analysiert. Silke Voigt-Heucke zum Beispiel erforscht den Paarungsgesang der Abendsegler- der größten einheimischen Fledermaus.

(http://www.fu-berlin.de/campusleben/forschen/2011/110913_fledermaeuse/index.html)

Hier gehts zur Arbeitsgruppe Verhaltensbiologie an der FU:

http://www.bcp.fu-berlin.de/biologie/arbeitsgruppen/neurobiologie_verhalten/verhaltensbiologie/index.html

Quellen:

Baker, M. C. (2001). Bird Song Research : The Past 100 Years, 14, 3–50.

Bessert-Nettelbeck, M., Kipper, S., Bartsch, C., & Voigt-Heucke, S. L. (2014). Similar, yet different: Male Reed Buntings (Emberiza schoeniclus) show high individual differences in song composition, rates of syllable sharing and use. Journal of Ornithology, 155, 689–700. doi:10.1007/s10336-014-1052-x http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10336-014-1052-x

Catchpole, C. K., & Slatera, P. J. B. (2008). Bird Song: Biological Themes and Variations. Animal Behaviour (p. 335). doi:10.1017/CBO9780511754791

Searcy, W. A. & S. Nowicki. 2009. Sexual selection and the evolution of animal signals. In: Larry R. Squire (Ed.) Encyclopedia of Neuroscience, vol. 8, pp. 769-776, Academic Press: Oxford.

Searcy, W.A. & S. Nowicki. 2000. Male-male competition and female choice in the evolution of vocal signaling. In: Y. Espmark, T. Amundsen & G. Rosenqvist (Eds.) Animal Signals: Signalling and Signal Design in Animal Communication, pp. 301-315. Tapir Academic Press: Trondheim.

The Oxford Handbook of Sound Studieswww.oxfordhandbooks.com/view/10.1093/oxfordhb/9780195388947.001.0001/oxfordhb-9780195388947

http://www.kosmos.de/produktdetail-1-1/Was_fliegt_denn_da_Der_Fotoband-841/

http://classics.mit.edu/Aristotle/history_anim.html

 

Mathilde Bessert-Nettelbeck

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Mit einem Diplom in Biologie in der Tasche, einer halben Doktorarbeit und viele Ideen will ich meinen Senf dazugeben. Meine irrsinnige Begeisterung für Lebewesen und des Lebens Wesen, möchte ich weitervermitteln. Und das an JEDEN. Jeder soll wissen, wie unglaublich Grottenolme sind und warum auch Gliazellen unserer Aufmerksamkeit bedürfen, dass Ratten nicht nur ekelig sind und die heimische Topfpflanze vielleicht bald schon die Nachttischlampe ersetzt. In Tübingen habe ich studiert, in Bern der Forschung den Rücken gekehrt. In Berlin bin ich nun auf der Suche nach Alternativen im Feld der Biologie und Kommunikation. Ganz besonders nach meinem Geschmack sind verrückte, unglaubliche oder einfach nur lustige Geschichten aus Ökologie, Evolution, Medizin und Technik. Schmeckt euch der Senf? Sonst mischt doch mal mit! Mathilde Bessert-Nettelbeck

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