Was ist Echolocation?

Echolokalisierung ist die Fähigkeit, die Umgebung zu identifizieren, indem Geräusche auf ein Objekt gerichtet und die von den Objekten reflektierten Echos analysiert werden, um die Entfernung und Größe des Objekts zu bestimmen. Echolocation ist eine Form von Sonar und wird sowohl von Tieren als auch von Menschen verwendet. Die Echolokalisierung von Tieren ist eine Form der Futter- und Navigationstaktik von Tieren und wird auch als Biosonar bezeichnet

Tier-Echolocation

Tiere mit der Fähigkeit zur Nutzung der Echolokalisierung sind hauptsächlich nachtaktive Tiere oder Tiere, die sich in Gebieten mit begrenztem Sonnenlicht oder überhaupt nicht aufhalten. Bei der Echolokalisierung von Tieren erzeugt ein Tier Geräusche nach außen und empfängt dann Echos von den Reflexionen der ausgesendeten Schallwellen und verwendet diese Echos, um die Position von Objekten zu bestimmen. Tiere verwenden ihr Gehirn, um die Entfernung und Größe der Objekte, von denen das Echo ausgeht, korrekt zu identifizieren, indem sie die Zeit, die das Echo benötigt, um das Tier zu erreichen, und sogar die Lautstärke des Echos berechnen.

Geschichte der Tier-Echolokalisierungsforschung

Der Begriff „Echolokalisierung“ wurde erstmals von Donald Griffin, einem amerikanischen Zoologen, im frühen 20. Jahrhundert beschrieben, nachdem Donald und sein Kollege Robert Galambos 1938 die Verwendung der Echolokalisierung bei Fledermäusen demonstrierten. Andere Wissenschaftler hatten jedoch die Theorie der Echolokalisierung von Tieren vorgebracht viel früher wie Lazzaro Spallanzani, der im 18. Jahrhundert durch eine Reihe von Experimenten festgestellt hatte, dass Fledermäuse das Hören zur Navigation anstelle des Sehens verwendeten. Andere Wissenschaftler, die ähnliche Theorien hatten, waren Sir Hiram Maxim, der die Idee vorschlug, dass Fledermäuse Geräusche mit niedrigen Frequenzen aussendeten, und Hamilton Hartridge, der die Theorie von Maxim korrigierte und feststellte, dass die Geräusche, die von Fledermäusen ausgesandt wurden, tatsächlich für Menschen hörbar waren. Die Echolokalisierung von Meeressäugetieren wurde erst 1953 festgestellt, als Jacques Yves Cousteau in seiner Veröffentlichung „The Silent World“ die Verwendung von Biosonar durch Zahnwale vorschlug.

Echolocation in Fledermäusen

Fledermäuse waren die ersten Tiere, bei denen festgestellt wurde, dass sie die Echolokalisierung für die Navigation und Futtersuche verwenden, insbesondere bei Fledermäusen mit Mikrochiropteren. Diese Fledermausarten leben in der Regel in völliger Dunkelheit, weshalb die Verwendung der Sicht für die Navigation fast überholt ist. Solche Fledermäuse sind in erster Linie Insektenfresser, die auch nächtliche Jäger sind und sich in völliger Dunkelheit aus ihren Verstecken entfernen, wenn die Insekten in Hülle und Fülle sind und die Konkurrenz gering ist. Mikrochiropterenfledermäuse geben Geräusche von ihrem Kehlkopf und durch ihren offenen Mund ab. Diese Töne liegen normalerweise bei extrem hohen Frequenzen zwischen 14.000 und 100.000 Hz. Zum Vergleich: Das menschliche Hörvermögen liegt zwischen 20 und 20.000 Hz. Hufeisenfledermäuse sind eine Ausnahme, da die Arten ihre Nasen verwenden, um die Geräusche anstelle ihrer Münder auszusenden. Bei der Jagd erzeugen Fledermäuse Klickgeräusche mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 20 Klicks pro Sekunde. Nach dem Erkennen des Beuteguts erhöht sich die Klickrate jedoch dramatisch auf bis zu 200 Klicks pro Sekunde.

Echolokalisation in Zahnwalen

Echolocation ist auch bei anderen Tieren der Unterordnung Odontoceti oder Zahnwalen, einschließlich Delfinen, Orcas, Tümmlern und Pottwalen, üblich. Diese Meeressäugetiere sind an die Nutzung der Echolokalisierung angepasst, um die Nutzung der Sicht zu ergänzen, die durch die durch Trübung und Absorption verursachte schlechte Sicht unter Wasser behindert wird. Diese Zahnwale senden hochfrequente Geräusche in Form von hohen Klicks aus, die von den phonischen Lippen des Wals erzeugt werden. Diese Klicks werden mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt, wobei einige Arten 600 Klicks pro Sekunde im sogenannten Burst-Puls erzeugen. Die unterschiedlichen Klickraten führen zu einer Vielzahl von Geräuschen, darunter Bellen, Knurren und Quietschen. Die Echos werden dann durch Fettstrukturen im Unterkiefer des Wals aufgenommen.

Echolocation bei Vögeln

Es gibt nur wenige Vogelarten, die die Echolokalisierung für die Navigation verwenden. Dazu gehören die Ölvögel sowie das Swiftlet, die beim Fliegen in völliger Dunkelheit mittels Echolokalisierung beobachtet wurden. Diese Vogelarten sind auch nachtaktive Tiere und leben in schlecht beleuchteten Lebensräumen wie Höhlen.

Echolokalisierung bei Landsäugetieren

Echolokalisierung wurde auch bei kleinen Landsäugetieren beobachtet, einschließlich der Eurasischen Spitzmaus, der Kurzschwanzmaus, der Wandermaus und der Tenrecs (gefunden in Madagaskar). Diese kleinen Säugetiere haben eine bestimmte Form der Echolokalisierung, bei der sie keine Klickgeräusche erzeugen, wie sie bei Fledermäusen beobachtet werden, sondern Geräusche mit niedriger Amplitude, mehreren Harmonischen und frequenzmodulierter Frequenz. Diese Tenrecs und Spitzmäuse verwenden die Echolokalisierung ausschließlich zu Navigationszwecken. Echolokalisierung wurde auch von Wissenschaftlern an blinden Laborratten beobachtet.

Human Echolocation

Menschen wurden untersucht und etabliert, um mithilfe von Echolokalisierung in ihrer Umgebung navigieren zu können. Die beim Menschen beobachtete Echolokalisierung ähnelt in der Praxis der Echolokalisierung bei Tieren, da es sich auch um eine Form des aktiven Sonars handelt. Menschen nutzen die Echolokalisierung, indem sie künstlich Geräusche erzeugen, z. B. mit einem Rohrstock auf den Boden klopfen oder mit den Füßen auf den Boden stampfen oder sogar Klickgeräusche erzeugen. Solche Personen werden normalerweise darin geschult, die von Objekten reflektierten Echos zu verwenden, um ihre Entfernung von einem Objekt oder die Größe eines Objekts zu identifizieren. Echolokalisierung wird hauptsächlich bei blinden Menschen beobachtet, aber auch sehbehinderte Menschen können die Fähigkeit durch Training erlangen und den Vorrangeffekt aufheben. Es wurde untersucht, ob Hörvermögen und Sehvermögen zusammenhängen, da in beiden Fällen reflektierte Energiewellen von einer bestimmten Quelle verarbeitet werden.

Forschung zur Echolokalisation beim Menschen

Es wurde festgestellt, dass der Mensch bereits 1749 in der Lage war, Objekte ohne Visier zu lokalisieren. Zunächst glaubten Wissenschaftler, dass Druckänderungen auf der Haut die Fähigkeit verursachten. Es war jedoch in den 1950er Jahren, dass die Echolokalisierung des Menschen insbesondere am Cornell Psychological Laboratory umfassend untersucht wurde. Mitte des 20. Jahrhunderts wurden mehrere Bücher geschrieben, die die Echolokalisierung des Menschen weiter entschlüsselten.

Personen mit menschlicher Echolokalisierungsfähigkeit

Personen mit der Fähigkeit zur Nutzung der Echolokalisierung sind in der Regel sehbehindert. Einer dieser Menschen, der die Welt mit seinen Echoortungsfähigkeiten beeindruckt hat, ist Daniel Kish, ein blinder Mann, dem in seinen Kinderschuhen wegen Netzhautkrebs die Augen entfernt wurden. Daniel benutzt palatinales Klicken, um seine Umgebung zu identifizieren, eine Fähigkeit, die er sich seit seiner Kindheit beigebracht hat. Eine andere bemerkenswerte Person mit einer Echolokalisierungsfähigkeit ist Ben Underwood. Ben Underwood ist ebenfalls blind und hat nach einer Netzhautkrebsdiagnose auch die Augen verloren. Underwood erlangte im Alter von fünf Jahren Echoortungsfähigkeiten durch Selbsttraining. Durch die Echoortung konnte der blinde Underwood rennen, Fahrrad fahren und sogar Fußball spielen.

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