Kleinste Sensoren entschlüsseln mütterliche Fürsorge

Erstmals können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Sozialleben von Fledermäusen in freier Wildbahn lückenlos auswerten

Mittels miniaturisierter Tracking-Sensoren untersuchen Biologin-nen und Biologen die mütterliche Fürsorge in Fledermauskolonien. Wissenschaftler einer Forschungsgruppe der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) statteten Fledermaus-Mütter und ihre Jungtiere mit Sensoren aus, die automatisiert Kontakte zwischen den Tieren aufzeichnen. »Erstmals konnte mit dieser Technik belegt werden, dass Fledermausmütter ihre Jungtiere zu neuen Quartieren geleiten. Zuvor folgten die Forscher den mit Sendern versehenen Fledermäusen mit Antennen zu Fuß oder mit dem Fahrzeug. Dabei traten häufig erhebliche Erfassungslücken auf. Zudem war die geringe räumliche Auflösung nicht geeignet, soziale Interaktionen zwischen einzelnen Fledermäusen zu interpretieren«, erklärt Dr. Simon Ripperger vom Museum für Naturkunde.

Viele Fledermausarten der gemäßigten Breiten zeigen ein bemerkenswertes Sozialverhalten. Jahr für Jahr kehren die Weibchen an ihren Geburtsort zurück. Die Jungtiere müssen lernen, selbständig zu jagen und Quartiere zu finden. Wie diese Lernprozesse von statten gehen, war bisher völlig unbekannt, da sich Fledermäuse in freier Wildbahn nur sehr schwer beobachten lassen. Um das Sozialverhalten in freier Wildbahn untersuchen zu können, entwickelte die Forschungsgruppe »Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme« unter Beteiligung von Prof. Alexander Kölpin, Leiter des BTU-Fachgebiets Allgemeine Elektrotechnik und Messtechnik, ein funkbasiertes Sensornetzwerk zur vollautomatisierten Beobachtung von Kleintieren.

Mit Hilfe von Sensoren, die halb so schwer sind wie eine Ein-Cent-Münze, konnten Kontakte zwischen einzelnen Fledermäusen aufgezeichnet und damit die Gruppendynamik der Jungtiere bei ihren nächtlichen Jagdflügen und den Quartierwechseln beobachtet werden. »Damit die Fledermäuse beim Flug nicht gestört werden, war es uns wichtig, dass die Sensoren ein minimales Gesamtgewicht – maximal ein bis zwei Gramm inklusive Batterie, Schaltungsträger und Antenne – sowie eine Form haben, die die Fledermaus in ihren natürlichen Bewegungen nicht einschränkt«, so der Wissenschaftler. »Das war eine große Herausforderung an den Entwurf eines so komplexen Systems. Die Antenne musste in ihrer Geometrie stark verkürzt und die Schaltung dreidimensional an den Körper der Fledermaus angepasst werden. Auch die Aerodynamik hatten wir im Blick. Nachdem wir die Grundfunktionalität des mobilen Sensorknotens in einem ersten Schritt geschaffen hatten, haben wir weitere Funktionen nach und nach hinzugefügt, um die Fledermaus nicht mit einem großen Gewicht zu beeinträchtigen, aber dennoch alle wichtigen Daten zu erfassen«, so Kölpin.

Das Ergebnis ist ein leichter und miniaturisierter drahtloser Sensorknoten mit Lokalisierungs- und Kommunikationsschnittstelle für den Einsatz auf einer fliegenden Fledermaus. Um die Lebensdauer der eingesetzten Batterie zu maximieren und das Energiemanagement des Moduls zu entlasten, haben die Forscher energieeffiziente Übertragungsprotokolle untersucht.
Enge Kontakte zwischen Müttern und Jungtieren beim Quartierwechsel zeigen, dass die Mütter ihre Jungtiere regelrecht zu neuen Quartieren geleiten. Entsprechende Verhaltensweisen wurden bei Fledermäusen bereits seit langem vermutet. Jedoch erst die technologischen Ent-wicklungen der Forschergruppe ermöglichten die Beobachtung dieser seltenen Verhaltensweisen.

Im Rahmen der DFG-Forschungsgruppe FOR1508 »Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme« arbeitet die BTU zusammen mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nünberg (Sprecher der Gruppe), Universität Paderborn, Museum für Naturkunde – Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung in Berlin und der Technischen Universität Braunschweig. »Als wir angetreten sind, ernteten wir durchaus Skepsis angesichts der großen Herausforderungen unseres Vorhabens. Umso mehr freut es mich jetzt, dass die Forschergruppe in allen Bereichen so überzeugende Ergebnisse liefern konnte«, kommentiert der Sprecher der Forschergruppe Prof. Robert Weigel.