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Das Leben für Wale in der Arktis wird aufgrund des Klimawandels zunehmend schwieriger. Steigende Temperaturen und schwindendes Meereis führen einerseits zu einer veränderten Nahrungsverfügbarkeit und andererseits ermöglichen die längeren eisfreien Bedingungen eine Ausweitung der menschlichen Aktivitäten. Die kommerzielle Schifffahrt, die Fischerei sowie Öl- und Gasexploration stellen eine große Bedrohung für die arktischen Meeressäuger dar. Mit der Expansion der Aktivitäten erhöht sich deren Risiko erheblich, Opfer von Schiffskollisionen, akustischen Störungen und Öl- und Chemikalienverschmutzung zu werden. Der Unterwasserlärm, erzeugt durch Motoren, Propeller oder Airguns (Schallkanonen), ist dabei eine der größten Bedrohungen für die Tiere. Ein internationales Forscherteam hat in einer aktuellen Studie erstmals die Echoortung von frei lebenden Belugas in Westgrönland genau untersucht, um vor allem mehr über das akustische Sichtfeld der Tiere zu erfahren.
Belugawale (Delphinapterus leucas) sind zirkumpolar verbreitet und halten sich das ganze Jahr über in der Arktis auf. Ihre Stellung an der Spitze des arktischen Nahrungsnetzes macht sie zu einem wichtigen Indikator für Veränderungen in der Arktis. Um diese Veränderungen und mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Tiere bestimmen zu können, nutzen Forscher sogenanntes passives akustisches Monitoring (PAM), bei dem Hydrophone (Unterwasser-Mikrophone) die Laute der Wale aufzeichnen.
Belugas und andere Zahnwale senden Laute in verschiedenen Frequenzen zur Kommunikation und zur Echoortung aus, um Beutetiere aufzuspüren und sich im Wasser und unter dem Eis zu orientieren. Die weißen Wale werden auch die «Kanarienvögel des Meeres» genannt, weil sie so kommunikativ und gesellig sind. Ihr akustisches Repertoire umfasst gepulste Laute, kombinierte Laute, Pfiffe und Echoortungsklicks in einem großen Frequenzbereich von 100 Hertz bis 20 Kilohertz, manche Echoortungsklicks sogar bis 120 Kilohertz. Die Qualität des akustischen Bildes von der Umgebung hängt dabei vom sogenannten Sonarstrahl ab. In früheren Studien fanden Forscher bereits heraus, dass Zahnwale ihren Sonarstrahl aktiv steuern können durch die Anpassung von Lautstärke, Strahlbreite und Strahlrichtung. Je schmaler der Strahl bzw. je kleiner der Winkel, umso detailreicher ist das Bild, das die Tiere erhalten, was allerdings dazu führt, dass das gescannte Volumen kleiner ist, sie also nur ein kleineres Bild der Umgebung erhalten. Bei Zahnwalen reicht die gemessene Strahlbreite von 5 bis 14 Grad.
In der aktuellen Studie zeichnete das internationale Team mit Wissenschaftlern aus den USA, Deutschland und Island in der Baffin Bucht vor Westgrönland an zwei Stellen die Laute von zwei Belugagruppen auf. Dies ist die erste genaue Untersuchung der Echoortung von Belugas in freier Wildbahn, was die gewonnenen Daten besonders wertvoll macht. Anhand des Datensatzes konnten sich die Forscher ein Bild vom akustischen Sichtfeld der Tiere machen. Die Aufnahmen zeigen, dass die Belugas zum einen in der Lage sind, mit einem stark gerichtet Schallbündel und hoher Intensität der Laute ihre Umgebung räumlich zu filtern und größere Distanzen abzudecken. Zum anderen scannen sie ihre Umgebung, um die akustische Raumabdeckung zu erhöhen und ein größeres Bild zu erhalten.
Die Forscher vermuten, dass diese Eigenschaften öko-evolutionäre Anpassungen sind in der akustisch komplexen Arktis, um unerwünschte Echos zu reduzieren und, vor allem im Winter auf der Suche nach Öffnungen im Packeis, effektiv zu navigieren.
Die Wissenschaftler schätzen anhand ihrer Ergebnisse, die akustische Strahlbreite von Belugas auf einen Winkel von 5,4°, ähnlich schmal wie bei Narwalen, bei denen ein Winkel von 5° gemessen wurde. Größere Schallwinkel weisen beispielsweise Pottwale (Physeter macrocephalus) und Große Tümmler (Tursiops spp.) mit 8 bis 9° oder Schweinswale (Phocoena phocoena) mit 11 bis 13° auf. Die Strahlbreite der Ganges- oder Amazonas-Flussdelfine liegt noch höher bei bis zu 14,5°, was möglicherweise eine Anpassung an die relativ geringe Wassertiefe ihres Lebensraums ist.
Da Belugas innerhalb der Arktis und Subarktis in vielen verschiedenen Lebensräumen verbreitet sind, vermuten die Autoren, dass es zwischen den einzelnen Populationen eine große Variabilität in Bezug auf ihre Echoortung geben könnte. In ihrer Studie wiesen sie nach, dass Belugas in mehreren hundert Meter tiefem Wasser Klicklaute mit hoher Direktionalität, großer Intensität und einer großen Reichweite aussenden. Bei anderen Beluga-Populationen, die in Küstennähe in geringer Wassertiefe leben, könnten die Merkmale ihrer Echoortungsklicks eher denen der Flussdelfine ähneln.
Anders als bei anderen Zahnwalen weisen Belugas (und Narwale) im Verhältnis zu ihrer eher kleinen Körpergröße hohe Schallquellenpegel und schmale akustische Sichtfelder auf. Dies deutet laut der Forscher daraufhin, dass die beiden arktischen Arten spezifische biosonare Anpassungen aufweisen, um ihre Reichweite zu erhöhen, Oberflächenreflexionen in ihrer vom Eis dominierten Umgebung zu verringern und effektiv durch Öffnungen im Packeis zu navigieren. Da beide Arten darauf angewiesen sind, Öffnungen in dichtem Packeis zu finden, besteht hier ein hoher Selektionsdruck.
Zudem bestätigten die Aufnahmen der Wissenschaftler die hohe Bandbreite der Frequenzen bei den Klicklauten mit charakteristischen Spitzen bei 90 und 150 Kilohertz. Dieses große Spektrum stimmt mit den charakteristischen Spektralmustern für Arten der Familie Delphinidae überein. Allerdings zeigen die Spektren der Belugas ein Breitbandsignal mit einem einzigartigen spektralen keulenförmigen Muster, das sie von anderen Delphiniden unterscheidet. Die Autoren denken, dass ihre Ergebnisse wichtige Informationen liefern, die Unterscheidung von anderen Arten mit ähnlichen akustischen Profilen ermöglichen.
Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass Belugas ihre Umgebung ähnlich wie Fledermäuse scannen, um den akustischen Blickwinkel zu vergrößern und so die geringere räumliche Abdeckung aufgrund der geringen Strahlbreite zu kompensieren.
Mit ihrer Arbeit haben die Autoren wichtige Daten und Erkenntnisse für zukünftige Programme mit passivem akustischen Monitoring geliefert, die dazu beitragen können, wichtige Daten zur Ökologie der Wale und ihrer Lebensräume zu gewinnen und ihren Schutz zu verbessern.
Julia Hager, PolarJournal
Link zur Studie: Zahn MJ, Laidre KL, Stilz P, Rasmussen MH, Koblitz JC (2021) Vertical sonar beam width and scanning behavior of wild belugas (Delphinapterus leucas) in West Greenland. PLOS ONE 16(9): e0257054. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0257054