Cuvier-Wale

Cuvier-Wale ( mit freundlicher Genehmigung – (C) Jesus Alcázar Treviño)

Wie jagen eigentlich Schnabelwale? Koordinieren sie auf der Jagd ihre Ortungslaute? Oder klicken alle durcheinander und stören sich vielleicht sogar gegenseitig?
Dieser Frage ist ein Biologen-Team vor den Kanarischen Inseln und im Ligurischen Meer (Mittelmeer) nachgegangen, mit einem Unterwasser-Lauschangriff: Alcázar-Treviño J, JohnsonM, Arranz P, Warren VE, Pérez-González CJ,Marques T, Madsen PT, Aguilar de Soto:  “Deep-diving beaked whales dive togetherbut forage apart.” N.2021 Proc. R. Soc. B288:20201905.

Schnabelwale (Ziphiidae) sind Hochsee-Bewohner und extreme Tieftaucher (Rekord: 2992 Meter tief und bis zu über drei Stunden und 42 Minuten). Sie sind eher scheu  und weichen Schiffen und menschlichen Kontakten aus. Außerdem sind ihre Erscheinung und ihr Verhalten eher unspektakulär: Die meisten Arten werden nur zwischen 4 und 7 Meter groß, lediglich Vierzahnwale (Berardius) und Entenwale (Hyperoodon) erreichen Größen von um 10 Meter. Spektakuläre Verhaltensweisen wie Sprünge oder Fluke-ups sind extrem selten.
Außer Sicht der Menschen blieb ihre Lebensweise lange Zeit unerforscht, die meisten wissenschaftlichen Erkenntnisse stammten von Walfängern und von Strandungen. Bis heute sind diese mittelgroßen Zahnwale mit den seltsam geformten langschnäbeligen Köpfen und der irritierenden Bezahnung die kryptischste aller Walfamilien.

Schnabelwale sind soziale Wesen und leben meist in kleinen Gruppen, die Gruppenmitglieder interagieren u. a. akustisch. Sie leben wie alle Wale in einer akustischen Welt. Zahnwale haben ein hoch spezialisiertes Gehör und produzieren verschiedene Lautäußerungen:

  • Pfiffe (Whistles) – soziale Laute
  • Klicks (Clicks) zur Echoortung (Jagd und Orientierung)
  • Buzz – eine Folge schnell pulsierender Klicks ist ein und markiert den letzten Teil der Jagd, das Fassen der Beute.

Hier sind Hörproben des Blainville-Schnabelwal: Klicks und Buzzes.

Ortungslaute sind auch für andere Artgenossen, andere Wale und weitere Meeresbewohner hörbar und verraten ihre Position.
Das hat Vor- und Nachteile:

Ein möglicher Vorteil wäre: Die Gruppenmitglieder nutzen auch die Laute der anderen für sich, und können so eigene Klicks sparen.
Ein Nachteil ist, dass die Klicks auch für Orcas hörbar sind – ihre Freßfeinde.
Ein weiterer Nachteil könnten Interferenzen zwischen den Jagdlauten sein, die den Jagderfolg verringern. Darum kompensieren etwa Fledermäuse, die ebenfalls mit Echolokation jagen, solche Störungen aktiv – sie pausieren mit den Klicks. Außer Funkstille wäre auch ein Wechsel von Frequenz, Amplitude oder dem Timing denkbar (jamming avoidance response – Aktive Vermeidung auf Störung) denkbar.
Je nachdem, ob und wie sich Interferenzen der Klicks in eng jagenden Gruppen auswirkt, könnte die Wahrscheinlichkeit, Nahrung zu erbeuten, mit der Gruppengröße ab- oder zunehmen. Nahrung ist der wichtigste Aspekt des Energiestoffwechsels, Jagdaufwand und -erfolg entscheiden über körperliche Fitness.

In den letzten Jahren ist deutlich geworden, dass mittelgroße und kleine Wale in stetiger Furcht vor Orcas, auf deren Speisezettel sie stehen, auch ihre Akustik angepaßt haben. So nutzen etwa die kleinen Schweinswale eine Tarnkappen-Akustik.
Auch Schnabelwale haben Schutzmechanismen gegen Orca-Überfälle entwickelt:

  • einen langsamen, leisen Unterwasser-Gleitflug in die Meerestiefe
  • Jagdreviere in großer Tiefe (im vorliegenden Fall in durchschnittlich 800 Metern)
  • Funkstille im oberflächennahen Bereich
  • Leben in der Gruppe.

Die ebenfalls tief und lange tauchenden Pottwale tauchen senkrecht ab und auf, nach ihren Tauchgängen erscheinen sie nahezu an der gleichen Stelle wieder an die Oberfläche. Pottwale sind aufgrund ihrer Größe und Wehrhaftigkeit keine typische Orca-Beute, darum können sie sich das erlauben.
Die viel kleineren Schnabelwale tauchen von der Oberfläche in einem flachen Winkel ab und gleiten ganz allmählich in die Tiefe. Solange sie nahe der Meeresoberfläche sind, halten sie Funkstille, sodass die Orcas nicht auf sie aufmerksam werden können.
Mit der Jagd in den Tiefen der Ozeane unterlaufen sie den Lebensraum der Schwertwale: In mehreren tausend Metern Tiefe können sie mit ihrer Echolokation ihre Beute anpingen und erlegen – die Schwertwale können ihnen in diese Tiefe nicht folgen. Abtauchpunkt, Jagdrevier und Auftauchpunkt liegen so weit auseinander, dass Orcas es nicht ausnutzen können.

Wie sieht so ein Schnabelwal-Jagdausflug aus?

Mit modernen Werkzeugen der Bioakustik können Wissenschaftler diese Tiere akustisch orten, die Arten identifizieren bzw. neue entdecken, ihren Weg in die Tiefe verfolgen und ihr Verhalten „hören“.

Ein Forscherteam um Jesus Alcazar-Trevino und dem herausragenden Bio-Akustiker Peter Madsen sowie Natacha der Aguilar de Soto (Expertin -auch – für Tiefwasser-Wale auf den Kanaren), dieser spannenden Frage auf die Spur gekommen (mehr über Peer Madsens Pottwal-Forschung hier).
Dazu befestigten sie die bewährten Multi-sensor archival DTAGs mit Saugnäpfen am Walkopf. Insgesamt 16 DTAGs spionierten 11 Blainville-Zweizahnwale (Mesoplodon densirostris) vor der Kanareninsel El Hierro (Spanien) und 10 Cuvier-Wale (Ziphius cavirostris) in der Ligurischen See (Italien) aus, aus einer Zeitspanne von 2003 bis 2018.
Die DTAGs zeichnen sowohl akustische als auch Bewegungs-Daten in hoher Auflösung aufnehmen. Jeder Dtag-Sender beinhaltet einen 3-Achsen-Beschleunigungmesser, ein 3-Achsen-Magnetometer sowie einen Drucksensor und sendet 50-mal pro Minute. Dieser hochaufgelöste Datensatz zeichnet ein sehr genaues Bild der Bewegungen und Lautäußerungen auf, die Tags lösen sich nach 3 bis 30 Stunden von selbst und treiben dann an der Oberfläche, wo sie aufgefischt werden können (Mehr über DTAGs hier).

Diesen umfangreichen Datenschatz haben die Wissenschaftler dann mit Programmen wie Matlab und R ausgewertet (mehr zur Methode siehe hier). Für diese Bioakustik-Forschungsarbeit ist eine wirklich respektable Hingabe für akustische Technologie und Statistik nötig.

In diesem Video erklärt Natacha die Befestigung und Funktionsweise der DTAGs

Zunächst erstellten die Wissenschaftler auf der Basis des vorliegenden Wissens Vorhersage-Modelle, wie die unterschiedlichen Laute der unterschiedlichen Gruppenmitglieder aussehen könnten und welche Wechselwirkungen und Verhaltensänderungen auftreten könnten. Diese Hypothesen sind etwas schwierig verständlich, weil dabei mathematische Aussagen in Worte bzw. Verhalten übersetzt werden, aber das ist die Grundlage für diese komplexe statistische Aufgabe.

Sie formulierten drei Arbeitshypothesen:

  1. Wenn Schnabelwale innerhalb ihrer Gruppe in Konkurrenz um die Nahrung stehen, müssten die individuellen Buzz-Raten in größeren Gruppen tendenziell sinken.
  2. Wenn akustische Interferenzen durch Lautäußerungen der Gruppenmitglieder die Klicks stören oder maskieren, ändern sich die einzelnen Klickraten mit zunehmender Gruppengröße, um dies zu kompensieren.
  3. Wenn Schnabelwale vom Abhören der Laute anderer Gruppenmitglieder profitieren und diese Informationen nutzen, nimmt mit zunehmender Gruppengröße die individuelle Klickrate ab, während die individuelle Buzz-Rate aufgrund der erweiterten Erkennbarkeit von Beutegegenständen durch Abhören zunehmen würde

(We tested the following predictions:

  1. If beaked whales experience intra-Group foraging competition, individual buzz rates will tend to decrease in larger groups
  2.  If acoustic interference from vocalizations of the group members courses jamming or masking, individual click rate would change with increasing group size to compensate
  3. If beaked whales benefit from eavesdropping on the vocalisation of other group members, individual click rate would reduce with increasing group size as animals take advantage of shared Information, while individual buzz rate would increase due to the expanded detectability of prey items through eavesdropping).

Die Gruppen-Größen und Zusammensetzung konnten die Biologen visuell bestimmen.

Die Echolokations-Klicks (frequency modulated echolocation clicks) zeigten die aktive Nahrungssuche an, kurze Buzz-Serien markieren den letzten Jagabschnitt und das Schnappen der Beute. Bei Blainville-Walen gibt es darüber hinaus auch noch soziale Laute: Pfiffe (Whistles). Die Klicks, Whistles und Buzz-Äußerungen sind klar unterscheidbar.
Von Cuvier-Walen sind bisher übrigens keine Socializing-Laute bekannt.

Die Cuvier-Wale waren in Gruppen von einem bis 5 Tieren unterwegs, ihre Tauchzeiten dauerten um 59,3 +/-10,5 Minuten, davon haben sie 33,9 +/- 7 Minuten vokalisiert. Die Blainville-Zweizahnwale in kanarischen Gewässern waren in Gruppen von 2 bis 6 Tieren unterwegs, ihre Tauchgänge dauerten um 49,4 +/- 6,5 Minuten, und ihre Vokalisierung Periode lag bei 24,2 +/- 5 Minuten.

Zwischen den DTAG-tragenden Individuen und den anderen Gruppenmitgliedern konnten die Wissenschaftler akustisch unterscheiden.
In zwei Fällen hatten sie nämlich jeweils zwei Wale innerhalb der gleichen Gruppe mit DTAGs versehen. An diesem Paar-Gespann konnten sie überprüfen, was innerhalb der Gruppe passiert, wie die Wale interagieren und außerdem die Zuverlässigkeit ihrer Software überprüfen.
Dabei kam heraus, dass bei beiden Paaren die Individuen sowohl ihre Tauchprofile als auch die Zeiträume der Lautäußerungen hochgradig synchronisiert haben!

Ergebnisse des Lauschangriffs: Funkstille aus Furcht vor Orcas. Kein Anti-Jamming.

Bei ihrer Abhöraktion fanden die Biologen keinen Hinweis, dass die individuelle Beute-Begegnungsrate (prey encounter rate) abhängig von der Gruppengröße ist.
Stattdessen lassen sich aus diesem Datensatz und Sonar-Untersuchungen von Schnabelwalen folgende Verhaltensweise ableiten:

  • Die Wal-Gruppe schwimmt im engen Verband und taucht gemeinsam ab. Beim synchronisierten Abtauchen herrscht zunächst Funkstille, um keine Orcas anzulocken.
  • Die Schnabelwale gleiten dann im flachen Winkel in durchschnittlich 800 Meter Tiefe.
  • Dort angekommen, fächert sich die Herde etwas auf, dann jagt jeder Wal für sich allein. So kommt es weder zu Störungen noch Profit von den Klicks der Artgenossen.
    Allerdings bleiben sie relativ nahe beieinander und schwimmen auch in die gleiche Richtung. Das haben sowohl die Daten aus den DTAGs als auch Sonaruntersuchungen vor einigen Jahren ergeben.
  • Es gibt keine Hinweise auf Anti-Jamming, um Interferenzen aktiv zu kompensieren.
  • Nach ihrem Seafood-Menu kommt die Gruppe wieder eng zusammen und unternimmt gemeinsam den Aufstieg. So müssen sie sich nicht zum Kontakt-Halten rufen (singen, pfeifen) und machen keine Orcas auf sich aufmerksam.
  • Durch das Auftauchen weit entfernt vom Ort des Abtauchens und dem Jagdgebiet erschweren sie die Ortung durch Orcas.

Damit unterscheiden sich Schnabelwale klar von anderen akustisch und in Gruppen jagenden Säugern wie Fledermäusen:
Fledermäuse betreiben ein aktives Anti-Jamming durch ein Unterbrechen ihres Echosignals – sie pausieren beim Klicken (Anti-Jamming: increasing periods of silence –  die Signal-Unterbrechung zur Vermeidung einer Störung). Das könnte zum Abbruch einer Verfolgungsjagd und letztendlich zum Verlust der Beute führen. Da die kleinen Flugsäuger aber die ganze Nacht zum Jagen nutzen können, ist dieser Verlust wohl verschmerzbar.

Die Schnabelwale hingegen müssen für ihren tiefen Tauchgang enorm viel Energie aufwenden, da könnte das Entkommen einzelner Beutetiere schon ein Problem darstellen. Darum unterbrechen die einzelnen Individuen Ihre Echolokationsklicks zur Ortung der Beute nicht. Die einzelnen Jagdphasen der Schnabelwale umfassen ja nur 20 bis 30 Minuten pro einer oder eineinhalbstündiger Tauchgänge. Da wäre der Energieverlust durch den Verlust einer avisierten Beute zu hoch.

Zwischen der Gruppengröße und der Klick-Produktionsrate besteht bei Schnabelwalen offenbar kein Zusammenhang. Ganz im Gegenteil zu Delfinartigen wie Orcas und Großen Tümmlern, wo eine direkte Korrelation zwischen den Klickraten und der Gruppengröße nachgewiesen ist:
Mit zunehmender Gruppengröße nimmt die Klickrate pro Individuum ab. Das könnte ein Hinweis darauf sein, dass die Individuen ihre Klick Produktion reduzieren und mehr den Klicks und Echos anderer Gruppenmitglieder lauschen und diese direkt für sich nutzen.

Diese unterschiedlichen Ergebnisse für Delfinartige und Schnabelwale können mit Unterschieden im Verhalten und ihrer trophischen Nische erklärt werden:
Die fischfressenden Orcas und Großen Tümmler (Tursiops truncatus) jagen meist in flachen Gewässern und koordinieren dabei oft ihre Jagd, etwa indem sie einen Schwarm Fische zusammentreiben oder auf den Strand treiben, um die einzelnen Fische dann leichter zu schnappen. Gerade im flachen Wasser ergeben Klicks noch mehr und lautere Echos – die Zahnwale könnten auch deshalb weniger klicken, um eine für sie ohrenbetäubende Kakaphonie zu vermeiden. Die vorhandenen Echos reichen auf jeden Fall aus, um genug Fische zu erkennen.

Die Schnabelwale hingegen jagen in kleinen Gruppen und großen Tiefen von 800 Metern oder mehr. Darum ist die Gefahr von zu viel Lärm dort eher unwahrscheinlich. Darum ist es dort sinnvoller, dass jeder Wal für sich klickt, um die größtmögliche Protein-Portion zu erbeuten.

Allerdings, so Alcazar-Trevino, könnten diese unterschiedlichen Ergebnisse aber auch ein Artefakt aus den unterschiedlichen Untersuchungsmethoden sein, die sich bei der Erforschung von Flachwasser- und Tiefwasser-Jägern signifikant unterscheidet.

Schnabelwale jagen also nicht als miteinander agierendes Rudel wie etwa Große Tümmler oder Orcas, sondern jeder für sich allein. Dennoch sind sie als Gruppe unterwegs und koordinieren ihr Verhalten. Darin könnte der Grund für ihre relativ kleinen Familiengruppen liegen, denn in einer größeren Gruppe wäre dieses Verhalten nicht praktikabel – die Gruppe würde zu unübersichtlich.

Ein herzliches Dankeschön an Jesús Alcázar-Treviño für die Zusendung der Publikation und seines Bildes.

Warum ich Schnabelwale mag

Für Zahnwale hat diese ganze Wal-Familie (Ziphiidae) übrigens unglaublich wenig Zähne – viele Arten haben nur noch 2 bis 4 Zähne im Unterkiefer und oft nur noch die erwachsenen Männchen. Das Spektrum reicht von wie Stiftzähnen bis hin zu Hauern, die über dem Oberschnabel fast aneinanderstoßen – sie sind jeweils gattungs- und artspezifisch ausgebildet. Darum ist auch sicher, dass sie ihr Gebiß nicht für die Ernährung brauchen, stattdessen saugen sie ihre Tintenfische und Fische ins Maul – suction feeding heißt diese  Ernährungsweise.

Schnabelwale sind auf Meertext sehr häufig zu Gast: Über diese kryptischen Wale habe ich meine Diplomarbeit geschrieben und bekomme niemals genug von ihnen. Sie sind aber auch immer wieder für Überraschungen gut – erst vor einigen Wochen ist mal wieder eine neue Art entdeckt worden (mehr dazu hier), und es war sicherlich nicht die letzte.

 

 

 

 

Kommentare (4)

  1. #1 Kerberos
    12. Januar 2021

    Hmmmm,
    wie genau funktionieren eigentlich Hörorgane und vor allem
    Stimme bei diesen tieftauchenden Walen?
    Was das Hören betrifft, sehe ich geringere Probleme,
    da vermutlich der gesamte Hörgang bis zur Schnecke mit
    Seewasser oder einer Hilfsflüssigkeit gefüllt sein dürfte.
    Amboss und Steigbügel sind überflüssig, da die Akkomodation
    von Luft- auf Flüssigschall entfällt.
    Schwieriger finde ich die Schallerzeugung, beim Surfen fand
    ich nur Beispiele für Bartenwale, da werden wohl im Atemapparat
    die “Gesänge” erzeugt.
    Aber bei 1000 m Tiefe (=100 bar) ist das Restvolumen der
    Atemluft auf 1/100 stel des Volumens an der Oberfäche
    komprimiert.
    Oder ist das entscheidend, um die sehr hohen Frequenzen
    erzeugen zu können?
    Funktioniert das nur in der Tiefe, und sind diese
    Klicks an der Oberfäche gar nicht möglich?
    Ratlos

  2. #3 Kerberos
    14. Januar 2021

    Hallo Fr. Wurche,
    vielen Dank für die ausführliche Antwort die Links.
    Es ist mir aber immer noch nicht klar, ob da Reste
    von “Atemluft” bei der Schallerzeugung in großen
    Tiefen eine Rolle spielen.
    Evtl. wird Flüssigkeit zwischen den Stimmlippen
    der Pottwale durchgepresst?

    • #4 Bettina Wurche
      14. Januar 2021

      @Kerberos: Nach allem, was ich dazu weiß, nehmen Pottwale (wohl auch andere Wale) nur in der knorpelig verstärkten Luftröhre (Trachea) einen Rest Luft mit. Der muss dann wohl zum Klicken reichen.
      Auch in der Tiefe. Pottwale und Schnabelwale haben sich seit über 30 Mio Jahren an diese spezielle Tieftauch-Situation angepaßt.

      Haben Sie von den links etwas gelesen?
      In den Atemwegen ist NIEMALS Flüssigkeit – daran würde ein Säugetier ertrinken.
      Die phonic lips funktionieren mit dem Luftstrom.

      Die Erforschung des Atemtrakts geschieht überwiegend an toten Walen. Da wüssten gern eine Reihe von Leuten, welche Rolle der Rest Atemluft spielt. Huggenberger/Oelschläger haben den konservierten Kopf eines gestrandeten Pottwal-Baby in Scheiben geschnitten und dann die Gewebe untersucht und in 3 D rekonstruiert. Das ist nach meinem Wissen die neueste und ausführlichste Arbeit dazu, der Spektrum-Artikel ist die einfache Version von Dr. Huggenbergers Doktorarbeit. Herr Prof. Oelschläger ist allerdings ein ausgewiesener Wal-Anatom, darum messe ich dieser Arbeit viel Gewicht bei.

      Hier ist eine frei zugängliche Abbildung:
      https://www.semanticscholar.org/paper/The-nose-of-the-sperm-whale%3A-overviews-of-design%2C-Huggenberger-Andr%C3%A9/8d52f140cf69b87d6864ba1eabd1acd733078a6d/figure/6

      Das Problem bei dieser Forschung ist: niemand kann die Bewegungen direkt beobachten bzw. am lebenden klickenden Pottwal eine CTD machen. Über die DTAGs wissen wir aber, dass die Wale in der Tiefe klicken. Es muss also funktionieren.
      Mehr haben wir bisher nicht.