Bartenwale haben einen einzigartigen Kehlkopf entwickelt, um zu kommunizieren

(22.02.2024) Laborversuche und Computersimulationen erklären erstmals, wie Bartenwale ihre Stimme erzeugen.


Ein Freitaucher taucht zwischen 3 jungen Buckelwalen von der Größe eines Busses ab

Bartenwale wie Blau-, Grau- und Buckelwale sind in der riesigen Meeresumwelt, in der sie leben, auf die Erzeugung von Tönen angewiesen, die sich in den Ozeanen weit verbreiten. Trotz der Entdeckung der Walgesänge vor mehr als 50 Jahren war jedoch nicht bekannt, wie Bartenwale ihre komplexen Laute erzeugen – bis jetzt.

In einer neuen Studie berichten die Stimmforscher Tecumseh Fitch von der Universität Wien und Coen Elemans von der Universität Süddänemark, dass Bartenwale einzigartige Strukturen in ihrem Kehlkopf entwickelt haben, die ihre tieffrequenten Laute ermöglichen, aber auch ihre Kommunikationsreichweite begrenzen. 

Die Ergebnisse werden aktuell in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Bartenwale sind die größten Tiere, die jemals auf unserem Planeten gelebt haben und spielen eine wichtige Rolle in den marinen Ökosystemen.

"Die Zahn- und Bartenwale entwickelten sich aus Landsäugetieren, die einen Kehlkopf hatten, der zwei Funktionen erfüllte: Schutz der Atemwege und Schallerzeugung. Der Übergang zum Leben im Wasser stellte jedoch neue und hohe Anforderungen an den Kehlkopf", erklärt Tecumseh Fitch.

Die neue Studie geht nun dieser Evolution auf den Grund, enthüllt die Geheimnisse des Walgesangs und zeigt: Bartenwale haben neuartige und einzigartige Strukturen entwickelt, die nur bei ihnen zu finden sind – diese erlauben es ihnen ihre einmaligen Töne zu erzeugen.

Im Detail bedeutet das etwa, dass sich die winzigen Knorpel im menschlichen Kehlkopf – die so genannten "Stellknorpel" oder "Arytenoide" –, die die Position der Stimmlippen verändern, in der Entwicklung der Wale dramatisch verändert haben.

"Die Arytenoide haben sich in große, lange Zylinder verwandelt, die an der Basis miteinander verschmolzen sind und eine große U-förmige, starre Struktur bilden, die sich fast über die gesamte Länge des Kehlkopfes erstreckt", erklärt Coen Elemans. "Dies dient wahrscheinlich dazu, die Atemwege offen zu halten, wenn bei der intensiven Oberflächenatmung große Mengen an Luft ein- und ausströmen müssen", ergänzt Fitch. 

"Wir haben festgestellt, dass diese U-förmige Struktur gegen ein großes Fettpolster im Inneren des Kehlkopfes drückt. Wenn die Wale die Luft aus ihren Lungen an diesem Kissen vorbeidrücken, beginnt es zu vibrieren, und das erzeugt sehr niederfrequente Unterwassergeräusche", so Elemans weiter.

Neues 3D-Modell kann natürliche Laute voraussagen

Untersuchungen wie diese sind jedoch nicht einfach, denn die einzige Gelegenheit dazu bietet sich nur bei gestrandeten Walen – was wiederum schwierig ist, da das Gewebe der Tiere rasch verwest und dann nicht mehr untersuchbar ist. 

Den Wissenschafter*innen gelang es nun einen Seiwal, einen Buckelwal und einen Zwergwal aus Netzen für gestrandete Meeressäuger zu untersuchen. 

Im Laborversuch wurde die Tonproduktion dieser Tiere erfolgreich rekonstruiert. Um zu verstehen, wie die Muskelaktivität die Rufe verändern könnte, erstellten die Wissenschafter*innen weiters ein Computermodell des gesamten Wal-Kehlkopfes. 

Mit dieser funktionellen 3D-Rekonstruktion der Stimmproduktions-Anatomie konnte simuliert werden, wie Muskelkontraktionen die Frequenzen des Walgesangs beeinflussen. Das Modell erlaubte überdies, die Meerestiefen, in denen Wale ihre Gesänge produzieren, vorherzusagen.

Menschlicher Lärm macht es Walen teils unmöglich sich zu verständigen

Die neuen Ergebnisse bringen jedoch auch eine bedauerliche Erkenntnis: Wale erzeugen aufgrund ihrer speziellen anatomischen Kehlkopfausprägung ihre Unterwasser-Laute in exakt jenen Meerestiefen und Tonfrequenzen, wo vom menschlichen Schiffsverkehr produzierter Lärm häufig dominiert. Das schränkt ihre Kommunikationsreichweite empfindlich ein.

Publikation

Coen Elemans, Tecumseh Fitch et al.: Evolutionary novelties underlie sound production in baleen whales
DOI: 10.1038/s41586-024-07080-1



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