Information Processing

Die obige Aktivität baut auf dem unten stehenden Inhalt auf.

Die obige Aktivität zur weiteren Untersuchung baut auf dem unten stehenden Inhalt auf und erweitert das Wissen aus der obigen Aktivität.

Informationsverarbeitung

Die Fähigkeit eines Organismus, seine Umwelt wahrzunehmen und auf sie zu reagieren, erhöht seine Chancen zu überleben und sich fortzupflanzen. Tiere haben externe und interne Sinnesrezeptoren, die verschiedene Arten von Informationen wahrnehmen, und sie nutzen interne Mechanismen zur Verarbeitung und Speicherung dieser Informationen (Abb. 1). Jeder Sinnesrezeptor reagiert auf unterschiedliche Eingaben, z. B. elektromagnetische, mechanische oder chemische. Einige Sinnesrezeptoren reagieren durch die Übertragung von Impulsen, die sich entlang von Nervenzellen bewegen. Bei komplexen Organismen werden die meisten dieser Eingänge an das Gehirn weitergeleitet, das in verschiedene Regionen und Schaltkreise unterteilt ist, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Zu den Funktionen gehören zum Beispiel die visuelle und auditive Wahrnehmung, die Interpretation von Informationen, die Steuerung der Motorik und die Entscheidungsfindung. Darüber hinaus werden in einigen Schaltkreisen des Gehirns Emotionen ausgelöst und Erinnerungen gespeichert. Verschiedene Organismen verfügen über eine Reihe von Sinnesfunktionen, die unterschiedlich komplex sind. Meeressäugetiere können beispielsweise Geräusche anders verarbeiten als wirbellose Meerestiere, wie etwa Seeigel. Wale, eine Gruppe von Meeressäugern, zu denen sowohl Barten- als auch Zahnwale gehören, nutzen Geräusche als Kommunikationsmittel (Abb. 2).

Unterwassergeräusche untersuchen

Wissenschaftler begannen in den 1920er Jahren mit der Entwicklung von Technologien, um Geräusche unter Wasser zu hören (Abb. 3). Diese Geräte, Hydrophone genannt, sind auch heute noch die wichtigsten Instrumente zum Abhören und Aufzeichnen von Unterwassergeräuschen (Abb. 4).

Computerprogramme wurden entwickelt, um die komplexen Laute von Meeressäugern zu entschlüsseln. Bioakustische Softwareprogramme erstellen beispielsweise Spektrogramme, die es den Forschern ermöglichen, die Zusammensetzung und Muster der Gesänge einzelner männlicher Buckelwale zu visualisieren (Abb. 5). Die Forscher zeichnen den Gesang eines Individuums auf und verfolgen ihn über viele Jahre hinweg, um die Gründe für den Gesang besser zu verstehen.

Zusätzliche Ressourcen

• Weitere Einzelheiten über die Entwicklung der Klangforschung finden Sie auf der historischen Zeitleiste der NOAA.
• Weitere Informationen zur Unterwasserschallforschung finden Sie in diesem Artikel der New York Times: Könnte das Abhören der Tiefsee helfen, sie zu retten?

Marine Säugetierkommunikation

Das effektivste Mittel der Kommunikation im Wasser ist der Schall. Der Schall legt weite Strecken zurück und kann sich im Wasser 4,5 Mal schneller bewegen als in der Luft. Viele Meeressäuger haben sich an die Erzeugung und den Empfang von Tönen unter Wasser angepasst. Geräusche werden erzeugt, wenn sich Druckwellen durch Luft oder Wasser bewegen. Beim Menschen werden Töne erzeugt, wenn die Luft aus den Lungen ausgestoßen und durch den Kehlkopf bewegt wird. Die Stimmbänder im Kehlkopf, der Rachen, die Zunge, die Lippen und die Zähne wandeln den Schall in verschiedene Lautäußerungen um (Abb. 6). Der Mechanismus der Tonerzeugung bei Walen ist komplex und wird noch erforscht.

Im Gegensatz zu Menschen und anderen Meeressäugern müssen Wale keine Luft ausatmen, um Töne zu erzeugen. Odontocetes, die Zahnwale, nutzen die Echoortung und erzeugen Klicks, Pfiffe und Pulse im Nasensystem. Die Bartenwale (Mysticetes) erzeugen sehr niederfrequente Töne, die einem Stöhnen, Klopfen, Stöhnen und Pulsen ähneln. Wale und Delfine haben keine äußeren Ohren, um Töne zu empfangen, und keine Öffnung zum Gehörgang. Wissenschaftler haben Beweise dafür, dass Schallschwingungen durch die Haut dringen und dann durch die Knochen und Fette im Schädel zum Innenohr geleitet werden (Abb. 7).

Delphin-Echolokation

Echolokation oder biologisches Sonar wird von Säugetieren wie Fledermäusen und Zahnwalen verwendet, um Informationen über ihre Umgebung zu verarbeiten. Bei der Echoortung sendet das Tier eine Reihe von Klicks oder Pfiffen aus, empfängt die Echos, die vom Objekt zurückkommen, und verarbeitet diese Echos (Abb. 8). Das verarbeitete Rücksignal liefert Informationen über die Entfernung, die Form und andere Merkmale des Objekts. Wissenschaftler denken, dass dadurch ein Bild entsteht, das es dem Tier ermöglicht, weiter zu sehen, als seine Augen es vermögen. Delfine zum Beispiel nutzen die Echoortung, um Beute zu finden, sich gegenseitig zu identifizieren und zu kommunizieren. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass jeder Delfin sein eigenes, unverwechselbares Pfeifen hat.

Auch der Mensch nutzt die Echoortung. Fischer benutzen elektronische Echoortungsgeräte, um Fische zu orten – oft werden diese Geräte Fischfinder genannt! Wissenschaftler verwenden Geräte, die Schall erzeugen, der vom Meeresboden abprallt, um Informationen über die Struktur des Meeresbodens zu erhalten – diese Methode wird Sonar genannt, und die Untersuchung des Meeresbodens wird Bathymetrie genannt. Einige blinde Menschen haben gelernt, die Echoortung zu nutzen, um Details der Umwelt passiv oder aktiv mit Hilfe von Klicks wahrzunehmen. Obwohl sehende Menschen ihr Sehvermögen nutzen, um sich in ihrer Umgebung zurechtzufinden, haben Studien gezeigt, dass sie mit etwas Training auch die Echolokation erlernen können.

Zusätzliche Ressourcen:

• Eine hilfreiche Videoanimation über den Einsatz von Sonar finden Sie in dieser NOAA-Ressource: Was ist Sonar?
• Für die Geschichte eines blinden Mannes, der die Echoortung zur Navigation nutzt, sehen Sie sich diese kurze Geschichte von CNN an.

Buckelwalgesang

Buckelwale sind berühmt für ihren komplexen Gesang (Abb. 9). Nur die Männchen singen, und der Gesang ist am häufigsten während der Paarungszeit zu hören, aber auch in den Brutgebieten und an den Futterplätzen ist der Gesang zu hören. Der Sänger ist in der Regel allein, mit dem Kopf nach unten und dem Schwanz nach oben. Wenn der Sänger einem Paar aus Kuh und Kalb folgt, wird er als Begleiter bezeichnet. Wenn ein anderer Wal in den Gesang einstimmt, wird er als Mitsänger bezeichnet. Buckelwale haben keine Stimmbänder. Sie erzeugen Töne, indem sie Luft durch Röhren und Kammern in ihrem Atmungssystem pressen. Walforscher untersuchen Muster auf Spektrogrammen, um herauszufinden, warum Wale singen und wie sie auf andere Wale in ihrer Nähe reagieren. Es gibt Hypothesen darüber, warum Wale singen, aber die Forscher kennen den absoluten Grund nicht. Man nimmt an, dass die Männchen singen, um anderen Männchen ihren Standort mitzuteilen, Weibchen anzulocken, zu navigieren, Nahrung zu finden und miteinander zu kommunizieren.

Lärmverschmutzung

Wissenschaftler untersuchen Walgesänge auch, um herauszufinden, wie sich die vom Menschen verursachte Lärmbelästigung auf das Verhalten der Wale auswirken kann. Unser Wissen über die Biologie der Meeressäuger wächst immer noch, obwohl nur sehr wenig über die Hörfähigkeit der Wale bekannt ist. Das Marine Mammal Research Program am Hawai’i Institute of Marine Biology versucht derzeit, die Hörfrequenzbereiche dieser Tiere zu charakterisieren, um besser zu verstehen, wie sich anthropogene Unterwasserlärmverschmutzung auf sie auswirken könnte. Schiffsmotoren, militärisches Sonar und Explosionen von Öl- und Baufirmen verursachen laute Geräusche unter Wasser, die das Verhalten der Wale verändern können (Abb. 10). Die physischen Auswirkungen intensiver Lärmbelastung können Blutungen im Gehirn, in der Lunge, im Innenohr und in den Augen umfassen, die zu schweren Beeinträchtigungen der akustischen Kommunikation und anderer lebenswichtiger Verhaltensweisen führen.

Nachfolgend finden Sie eine Liste von Quellen anthropogener Unterwasserlärmbelastung, von denen angenommen wird, dass sie für Meeressäuger schädlich sind und einige oder alle der zuvor beschriebenen physischen Schäden verursachen.

Arten der Lärmbelästigung	Beschreibung
Niederfrequenz-Aktiv-Sonar (LFAS)	Diese Art von hochintensivem Sonar wurde vom Militär entwickelt, um U-Boote und andere verdeckte Maschinen, die unter Wasser operieren, zu verfolgen und aufzuspüren. Die Intensität dieses Sonars liegt im Bereich von 180-240 Dezibel. Dies entspricht in der Luft einem Abstand von 7 Metern zu einer Rakete beim Start. Ein großer Prozentsatz der Kadaver von gestrandeten Meeressäugern weist Anzeichen von Hörschäden auf, was darauf hindeutet, dass viele gestrandete Meeressäuger auf Hörschäden reagieren. Viele gemeldete Massenstrandungen traten während der Erprobung von LFAS durch die Marine auf.
Luftkanonen	Sie werden für die Unterwasserexploration und die Überwachung von Ölvorkommen sowie für geophysikalische Forschungen eingesetzt und sind oft über lange Zeiträume in Betrieb und erzeugen häufige Schüsse. Pottwale und Blauwale, die sich in einer Entfernung von bis zu 370 Kilometern (230 Meilen) von der Luftkanone befanden, haben Berichten zufolge als Reaktion auf den Lärm bis zu 36 Stunden lang aufgehört zu singen. Auch Strandungen wurden in unmittelbarer Nähe dieser Maschinen dokumentiert.
Schifffahrt	Frachtschiffe erzeugen mit ihren Propellern konstante niederfrequente Geräusche, die in denselben Frequenzbereich fallen, den viele Wale zur Kommunikation über große Entfernungen nutzen. Die Auswirkungen des Schiffslärms lassen sich nur schwer quantifizieren, da die Schiffe in den Weltmeeren sehr häufig sind. Einige Wissenschaftler sind jedoch besorgt, dass Störungen durch Schiffslärm weitreichende Auswirkungen auf die Fähigkeit von Individuen haben könnten, über große Entfernungen miteinander zu kommunizieren.