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Wildtier-Telemetrie: Tierisch viele Daten

Foto: Roland Steiner

Tierisch viele Daten

von GEORG RÜSCHEMEYER
Foto: Roland Steiner

07.10.2017 · Das Zeitalter der Wildtier-Telemetrie begann vor 50 Jahren. Nun ist die elektronische Verhaltensbiologie in ihr Goldenes Zeitalter getreten.

G erald Kooyman machte sich langsam Sorgen. Vor mehr als vierzig Minuten war der Robbenbulle mit der Nummer 377 in dem Eisloch verschwunden, viel länger als seine Artgenossen blieb dieser unten. Erwartungsvoll lag Kooyman seither mit einer tickenden Stoppuhr in der Hand vor dem Loch, das er im antarktischen Polarsommer 1964/65 mit Hilfe einer Motorsäge und etwas Dynamit ins Meereis vor der Küste der Ross-Insel geschlagen hatte.

Würde das stattliche Weddellrobbenmännchen nach all dieser Zeit hier wieder auftauchen, oder hatte es irgendwo fernab ein anderes Atemloch gefunden? Dann wären auch die Messgeräte perdu, die der damals dreißigjährige Doktorand der University of Arizona im Fell des wuchtigen Tiers verankert hatte. Die Sorge war umsonst. Nummer 377 war einfach nur ein besonders guter Taucher. Nach 43 Minuten und 20 Sekunden erschien der Bulle endlich wieder, und als er prustend nach Luft schnappte, konnte Kooyman ihm die in seinem Nacken befestigten Geräte abnehmen.

Zu den Messinstrumenten gehörte ein Zeit-Tiefen-Rekorder auf Basis einer mechanischen Eieruhr, der während des Tauchgangs ein Tiefenprofil in eine mit Ruß beschichtete Glasscheibe kratzte. 31 Tiere bestückte Kooyman mit solchen Geräten, die der Biologe zusammen mit einem Uhrmacher in Tucson entwickelt hatte. Nach zwei Polarsommern, die Kooyman auf der amerikanischen McMurdo-Station verbrachte, und fast tausend aufgezeichneten Tauchgängen erwies sich der Robbenbulle 377 als Meister aller Klassen: Er konnte nicht nur die Luft für beinahe eine Dreiviertelstunde anhalten, sondern erreichte auf der Jagd nach Polardorschen auch Tiefen von bis zu 600 Metern. Kooyman war damit der erste Biologe, dem es mit technischer Hilfe gelang, detaillierte Verhaltensdaten eines tauchenden Tiers aufzunehmen. Seine 1966 im Magazin Science veröffentlichte Studie gilt als Anfang einer neuen Disziplin in der Zoologie: die Wildtier-Telemetrie, neuerdings auch Biologging genannt. Dieser Wissenschaft, die das Leben der Tiere mit technischer Hilfe aus der Ferne erforscht, ist das eben auf Deutsch erschienene Buch „Die Wege der Tiere“ gewidmet. Der britische Geograph James Cheshire und der amerikanischen Grafiker Oliver Uberti visualisieren darin die Fülle von Daten, die mit modernen Methoden der Telemetrie erzeugt werden, in Form von Karten, von denen fünf als Beispiele auf dieser Seite zu sehen sind.


Die Küstenseeschwalbe

Foto: Pictures-Alliance

Ein gegabelter Schwanz, eine vergleichsweise schlanke Figur und schmale Flügel sind charakteristisch für die mehr als 40 Arten der Seeschwalben. Manche Ornithologen führen sie in einer eigenen Familie, den Sternidae, andere als Unterfamilie der Wat- und Möwenvögel. Berühmt als ausdauernder Langstreckenflieger und Rekordhalter ist die Küstenseeschwalbe Sterna paradisaea. 2007 heftete der Arktisbiologe Carsten Egevang fünfzig Exemplaren leichte Geolokatoren an die Beine, bevor sie die Brutkolonien in Grönland in Richtung Antarktis verließen. Zehn dieser Vögel kamen im Sommer darauf wieder – und hatten im Durchschnitt 70 900 Kilometer zurückgelegt. Diesen Weltrekord der längsten je erfassten Tierwanderung übertrumpften fünf andere Seeschwalben ein paar Jahre später: Diese flogen nach der Sommersaison in den Niederlanden zu ihren Winterquartieren in der Antarktis und wieder zurück und kamen dabei auf durchschnittlich 90 000 Kilometer, was die mitreisenden Geolokatoren niederländischer Forscher registrierten. Die Routen unterschieden sich stark, mal ging es über Brasilien, mal am Kap der Guten Hoffnung und an Tasmanien vorbei. Doch die Flüge nach Süden dauerten drei bis vier Monate, während für die Rückkehr in den Norden in der Regel nur rund vierzig Tage nötig waren, egal ob das Ziel der beobachteten Küstenseeschwalben in Grönland oder den Niederlanden lag. sks

Karte: Carl Hanser Verlag, 2017

Auch wenn ihre Konstruktion vorsintflutlich anmutet: Kooymans modifizierte Eieruhr war eine Revolution zur rechten Zeit. In den 1960er Jahren war die Verhaltensbiologie im Aufwind, und viele Forscher dachten darüber nach, wie man nicht nur Laborratten durch Labyrinthe schicken, sondern wildlebenden Tieren auf die Schliche kommen könnte.

B is dahin ließen sich deren Bewegungsmuster und Wanderungen nämlich nur indirekt verfolgen. Im 19. Jahrhundert etwa wurden etliche Fälle von Weißstörchen dokumentiert, die in ihrem afrikanischen Winterquartier von einem Jagdpfeil verletzt worden waren und diesen dann im Körper steckend nach Europa brachten. Solche Pfeilstörche widerlegten immerhin die alten Legenden, denen zufolge sich Zugvögel im Winter im Schlamm von Flüssen eingrüben oder gar in Mäuse verwandelten. Über die Flugrouten gab es allerdings nur anekdotische Informationen. Die Pfeilstörche inspirierten frühe Vogelkundler zu Markierungsversuchen. Der amerikanische Ornithologe John James Audubon zum Beispiel kennzeichnete 1799 gefangene Singvögel mittels bunter Wollfäden und bewies auf diese Weise, dass sie alljährlich zum selben Nistplatz zurückkehren.

Und was taten die Tiere, während sie unterwegs waren? Zunächst waren es Fußabdrücke, Federn oder Exkremente, die Forschern ein paar Hinweise gaben. Wie man mehr als nur einen flüchtigen Blick erhaschen kann, machte Jane Goodall von 1960 an mit den Schimpansen im heutigen Gombe-Nationalpark in Tansania vor: Die Britin verbrachte über Jahre hinweg Tag und Nacht in Gesellschaft ihrer Affenbande und erhielt so aufsehenerregende Einsichten in das Zusammenleben der Menschenaffen. Das gelang ihr ganz ohne Technik.

Allerdings besitzt nicht jeder Forscher die Geduld für Goodalls Vorgehen, das wegen des engen Kontakts mit den Tieren auch umstritten ist, weil eine solche Nähe das beobachtete Verhalten unweigerlich beeinflusst, mitunter sogar stört. Zudem tolerieren nur die wenigsten Tierarten „embedded scientists“ in ihrer Mitte. Die meisten tauchen einfach ab, fliegen davon oder verschwinden auf Nimmerwiedersehen im Dunkel der Nacht, wenn ihnen Forscher zu dicht auf den Pelz rücken.


Das Leistenkrokodil

Foto: Pictures-Alliance

Saltie wird es genannt, das Leistenkrokodil (Crocodylus porosus), das weder Brack- noch Meerwasser scheut, aber ebenfalls in Flüssen und Sümpfen zu finden ist. Es ist die größte heute noch existierende Krokodilart und von Ostindien bis Nordaustralien verbreitet – immer wieder kommt es zu Zusammenstößen mit ihr, die für Menschen tödlich enden. Am australischen Fluss Wenlock wird das Verhalten der Leistenkrokodile seit Jahren erforscht, etwa mit Hilfe von GPS-Sendern und akustischen „Tags“. In Zusammenarbeit mit dem Steve Irwin Wildlife Reserve kümmert sich dort der Zoologe Craig Franklin, Professor an der Universität von Queensland, mit seinem Team um das Monitoring. So bewegen sich Weibchen nur zur Eiablage, kleine Männchen streunen umher: auf der Suche nach einem Territorium. Die größeren mit eigenem Revier sind länger als 3,5 Meter und verteidigen ihr Habitat gegen Eindringlinge, was gerade sie für Menschen gefährlich macht. Und wie sinnlos es ist, vermeintlich problematische Streuner umzusiedeln, veranschaulicht Weldon (rot), der erst noch weiter zog, um dann doch wieder zum Fluss zurückzufinden. sks

Karte: Carl Hanser Verlag, 2017

Also greifen Wissenschaftler heute oft zu Betäubungsgewehr, Fallen oder Netzen und geben den wieder freigelassenen Tieren Messgeräte, Sensoren und Sender mit auf den Weg. Gerald Kooyman musste seine Robben aber nicht nur fangen, sondern außerdem kilometerweit auf Schlitten zu seinem künstlichen Luftloch im Eis transportieren, das weit abseits natürlicher Risse und Öffnungen lag. Dadurch waren die Tiere gezwungen, stets zu seinem Eisloch zurückzukehren, wo der wartende Biologe ihnen beim Luftholen mit einem schnellen Handgriff den Stoffbeutel mit den Messgeräten abnehmen und vor dem nächsten Tauchgang durch neue ersetzen konnte. Dafür verpasste Kooyman den Robben ein Piercing in Form einer Nylonschlaufe, die in der dicken Haut der Tiere verankert wurde und in die sich dann die Beutel mit den Geräten schnell ein- und ausklinken ließen. Heute bevorzugt man weniger invasive Methoden wie Halsbänder oder Gerätschaften, die den Tieren aufs Fell oder Gefieder geklebt werden. Das hat den Vorteil, dass der zusätzliche Ballast beim nächsten Haar- oder Federwechsel abfällt und das Tier nicht ein Leben lang begleitet.

Die Technik, die man den Tieren so mit auf den Weg geben kann, ist inzwischen sehr vielfältig. Ein nach wie vor gebräuchlicher Klassiker der Wildtier-Telemetrie ist die Funkpeilung mittels eines am Tier befestigten, batteriebetriebenen Radiosenders. Dessen UKW-Signale lassen sich über größere Distanz mit Hilfe einer tragbaren Richtantenne anpeilen und damit die Position des Tieres recht genau bestimmen. Das hält den Forscher allerdings auf Trab, denn er muss seinem Objekt auf den Fersen bleiben.


Das Wapiti

Foto: Pictures-Alliance

Als „Herzschlag“ des Yellowstone-Nationalparks bezeichnet Ökologe Arthur Middleton die alljährliche Sommerwanderung der Wapitis (Cervus canadensis). Rund 25 000 Tiere – mit den Herden ziehen die neugeborenen Kälber – machen sich im Mai über Flüsse und Bergpässe auf, um ihre angestammten Weideflächen auf den Hochebenen zu erreichen. Ursprünglich interessierte sich Middleton für ihre Wechselwirkung mit Wölfen und wollte daher die nordamerikanischen Hirsche per GPS tracken. Doch als er feststellen musste, dass Forscher ihr Wissen kaum teilten, sorgte er dafür, dass alle verfügbaren Daten nun vereint werden. Einst registrierten GPS-Halsbänder auch nur einen Standort täglich, heute können sie alle 30 Sekunden Daten aufzeichnen. So lässt sich das Ökosystem zum Beispiel im Jahresverlauf geographisch porträtieren – und veranschaulichen, dass es sich eben nicht auf das geschützte Gebiet innerhalb der Grenzen des Nationalparks beschränkt. Wird die Wildnis aber weiter zerstückelt, etwa durch Straßen oder Ferienhäuser, wird es den Wapitis schwerfallen, nach wie vor zwischen ihren Sommer- und Winterquartieren zu wechseln. sks

Karte: Carl Hanser Verlag, 2017

Das Gerenne erspart er sich mit Geräten, welche die gewünschten Daten selbständig aufzeichnen. In dieser Disziplin gilt Kooymans Tiefenrekorder zwar als bahnbrechend, seine Aufzeichnungen waren jedoch auf maximal sechzig Minuten beschränkt, dann machte die Feder der Eieruhr schlapp. Sein Nachfolgemodell brachte es bereits auf 14 Tage, und Anfang der achtziger Jahre konnten mechanische Tiefenrekorder das Tauchverhalten von Meeresschildkröten bereits über mehr als drei Monate hinweg aufzeichnen. „Von da an ging es dank elektronischer Mikroprozessoren schnell voran“, beschreibt Kooyman die von ihm angestoßene Entwicklung heute. „Man konnte mit immer kleineren Sensoren immer mehr Variablen messen. Und die fortschreitende Miniaturisierung erlaubte es, Sensoren auch an kleineren Tieren wie Vögeln anzubringen.“

Diese Geräte enthalten seit Ende der neunziger Jahre meist GPS-Empfänger, welche die Position des Tieres mit Hilfe des Navigationssatellitennetzes genau bestimmen und die Daten entweder zum späteren Auslesen speichern oder direkt via Satellit oder SMS an Forscher übermitteln. Lediglich Wasserbewohner gehen während eines Tauchgangs weitgehend offline, ihre Daten werden dann erst nach dem Auftauchen gesendet. Noch winziger als GPS-Geräte – und daher für Studien mit kleineren Zugvögeln beliebt – sind sogenannte Geolokatoren aus einer Uhr und einer Photozelle, die aus Helldunkel unterschieden und den daraus errechneten Zeiten für den Sonnenaufgang und Sonnenuntergang eine halbwegs genaue Ortsbestimmung ermöglichen. Sie wurden zum Beispiel verwendet, um die Flugrouten der Küstenseeschwalbe aufzuzeichnen.


Das Zebra

Foto: Pictures-Alliance

Zäune hatten über mehr als drei Jahrzehnte verhindert, dass Zebras vom Okavangodelta zu den Salzpfannen im Süden von Botswana ziehen konnten. Dass die schwarz-weiß gestreiften Pflanzenfresser den Weg anschließend noch finden, schien unwahrscheinlich, denn sie leben nur etwa 15 Jahre und hatten die Wanderung demnach nicht mehr miterlebt. Doch die britische Biologin Hattie Bartlam-Brooks konnte 2007 beobachten, dass eines von sechs mit GPS-Halsbändern ausgestatteten Tieren die 290 Kilometer zurücklegte und zu den Salzpfannen von Makgadikgadi fand. Ob das per Zufall auf Erkundungstour geschah oder ob das Wissen irgendwie überdauern konnte, lässt sich nicht sagen: Aber die alten Wanderungen wurden seither wiederaufgenommen. Und das lässt Zoologen und Naturschützer hoffen, dass ein staatenübergreifendes Projekt ähnlich wirkungsvoll ist, nachdem Grenzzäune dafür abgerissen wurden: Die „Kavango-Zambezi Transfrontier Cionservation Area“, kurz KAZA, umfasst rund 520 000 Quadratkilometer im südlichen Afrika – und vereint damit 36 Reservate und Wildschutzgebiete in Angola, Botswana, Namibia, Sambia und Zimbabwe. Das Gebiet gilt unter anderem als wichtiges Territorium für die Population von etwa 250 000 Elefanten, aber zahlreiche weitere Arten sollen durch das 2011 von den Präsidenten der fünf beteiligten Länder unterzeichnete Abkommen mehr Schutz erhalten. sks

Karte: Carl Hanser Verlag, 2017

D ie allgemeine Beschleunigung der digitalen Welt macht sich natürlich auch in der Telemetrie bemerkbar. Während sich Forscher früher mit wenigen Positionsdaten pro Tag zufrieden geben mussten, notieren moderne GPS-Empfänger alle paar Sekunden den Standort im digitalen Logbuch und ermöglichen somit eine weitaus detailliertere Betrachtung des Verhaltens.

Modernes Biologging beschränkt sich längst nicht mehr auf die geographische Position des Tiers. Bewegungssensoren, wie sie in jedem Handy stecken, messen heute Beschleunigung und Lage im Raum. Und selbst die Physiologie der Tiere lässt sich in Form von Atem- und Herzfrequenz, Körpertemperatur oder Sauerstoffsättigung des Blutes live überwachen. Schon Anfang der neunziger Jahre gelang es etwa dem deutschen Pinguinforscher Klemens Pütz, die Nahrungsaufnahme von Königspinguinen mit Hilfe von Magensonden zu dokumentieren. In der eingesetzten Metallkapsel zeichnete ein Temperaturfühler den Verlauf der Magentemperatur auf, die nach der Aufnahme eiskalter Fische stark abfällt. „Allerdings haben wir uns damals mit der Berechnung der Beutemenge vertan. Die Nahrung im Magen wird nämlich entgegen der Annahme nicht gleichmäßig erwärmt, sondern sogar gekühlt, damit sie möglichst frisch zum Küken gelangt“, erklärt Pütz heute.

Die Fragestellungen, die sich mit Hilfe von Biologging beantworten lassen, sind erstaunlich vielfältig, wie schon die Beispiele auf dieser Seite zeigen. Sie reichen von der grundlegenden Biologie und Ökologie einer Art über optimierte Schutzkonzepte für bedrohte Arten bis hin zu einem besseren Verständnis, wie Tiere auf Veränderungen der Umwelt, etwa durch den Klimawandel, reagieren. Der Mensch kann davon profitieren, wenn sich etwa die Ausbreitung einer Vogelgrippe dank genauerer Daten zu den Zugrouten besser vorhersagen lässt. Und an der Idee, besenderte Tiere etwa als Frühwarnsystem für Erdbeben oder Vulkanausbrüche zu nutzen, arbeitet die Arbeitsgruppe von Martin Wikelski am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell.

Für das ehrgeizige Projekt stattete Wikelski bereits an den Hängen des Ätna lebende Ziegen mit GPS-Sendern aus und beobachtete über Jahre hinweg ihre Bewegungsmuster. Tatsächlich schienen alte Legenden, denen zufolge Tiere einen sechsten Sinn für solche Ereignisse haben, einen wahren Kern zu haben: Stunden vor größeren Ausbrüchen – noch bevor Geologen in ihren Messdaten Anzeichen für eine Eruption sahen –, konnten die Biologen eine ungewöhnlich erhöhte Aktivität der sizilianischen Ziegen nachweisen. Allerdings reichen ihre Daten noch nicht für eine zuverlässige Vorhersage, durch die sich gefährdete Gebiete rechtzeitig evakuieren lassen.


Der Kaiserpinguin

Foto: Pictures-Alliance

Niemand hatte je zuvor gezählt, wie viele Kaiserpinguine es in der Antarktis eigentlich genau gibt. Laut Schätzungen aus dem Jahr 1992 könnten es an die 350 000 Vögel sein, aber stimmte das? Deshalb ging Pete Fretwell dieser Frage 2009 erstmals nach, ohne seinen Schreibtisch zu verlassen: Der am British Arctic Survey beteiligte Geoinformatiker wertete dafür die Bilder von Satelliten aus. Die Brutkolonien dieser größten Pinguin-Art (Aptenodytes forsteri) ließen sich gut an den braunen Guano-Flächen entlang der Küstenlinie im Eis erkennen, die Anzahl ist mittlerweile von 31 auf 53 angestiegen. Hochauflösende Fotos und die auf Pinguinpixel fein abgestimmten Algorithmen halfen Fretwell und seinem Team dann, die einzelnen Individuen inmitten von Unrat, Felsen, Schnee und Schatten auszumachen. Da die Forscher bald herausgefunden hatten, wie dicht Kaiserpinguine beieinanderstehen, konnten sie pro Quadratmeter ein erwachsenes Tier annehmen und ihre Gesamtzahl berechnen. Demnach leben 595 000 Kaiserpinguine in der Antarktis, Fretwell bestätigte die Zahl mit seinen Programmen, wiederholte die Berechnungen dafür zehntausendmal und überwacht seither die Kolonien. sks

Karte: Carl Hanser Verlag, 2017

Die Internationale Raumstation ISS Foto: dpa

Das könnte sich ändern, wenn „Icarus“ endlich fliegt. So nennt sich eine neue Technologie für den Empfang von Wildtierdaten. Noch in diesem Jahr soll dafür auf der internationalen Raumstation ISS und später an unbemannten Satelliten eine eigene Antenne installiert werden. Im Gegensatz zu bestehenden Systemen kann dieses dann sehr viel kleinere Sender nutzen, die ihre GPS-Daten dann bei jedem Überflug der ISS in den Orbit senden. Auf weniger als ein Gramm hofft das internationale Icarus Konsortium, dem Martin Wikelski vorsteht, das Gewicht dieser Sender reduzieren zu können. Damit ließen sich auch kleine Vögel, Fledermäuse und sogar Insekten ausstatten, ohne dass sie unter der Last zu leiden hätten. Abertausende oder gar Millionen solcher ihren Standort funkenden Tiere sollen zu einem Internet der Tiere zusammengeschlossen werden und völlig neue Erkenntnisse über ihr Leben, indirekt aber auch über drohende Naturkatastrophen liefern, so die Vorstellung der Forscher.

Diese Detailaufnahmen aus der Wildnis bringen allerdings ein neues Problem mit sich: ungeheure Datenmengen. Allein tausend Vögel mit Sensoren auszustatten, die ein Jahr jede Sekunde eine Messung durchführen, würde eine Speicherkapazität von rund 16 Terabyte erfordern. Die digitale Flut soll einmal in der „Movebank“ gebändigt werden, einer zentralen Datenbank, in der Forscher aus aller Welt bereits seit 2012 ihre Daten aus Biologging-Studien ablegen und für Kollegen zugänglich machen können. Auf diesem Weg hofft man, aus den Datenbergen mehr Nutzen zu ziehen. Denn oft lassen sich Rohdaten auf eine Vielzahl von Fragestellungen hin abklopfen, die den jeweiligen Studienleitern vielleicht gar nicht in den Sinn kamen.

Als Gerald Kooyman 1964 seine ersten Sensoren auf Weddellrobben plazierte, konnte niemand ahnen, wie sich diese Disziplin einmal entwickeln würde. Allein das Programm und die Inhaltsangaben der Studien, die vergangene Woche auf dem sechsten Internationalen Biologging-Symposion in Konstanz vorgestellt wurden, füllten 320 Seiten. Kooyman, der sich intensiv den Kaiserpinguinen widmete und zuletzt an der Scripps Institution of Oceanography in San Diego forschte, war in Konstanz als Zeitzeuge geladen. Dort berichtete der heute 83-Jährige über die Anfänge eines Forschungsgebiets, dessen Goldenes Zeitalter, so die Meinung vieler Forscher, eben erst begonnen hat.

Tiere verfolgen – mit Hilfe einer App: www.orn.mpg.de/animaltracker

James Cheshire und Oliver Uberti: „Die Wege der Tiere“. Ihre Wanderungen an Land, zu Wasser und in der Luft – in 50 Karten. Erschienen im Carl Hanser Verlag, München 2017, 174 Seiten, 34 Euro

Quelle: F.A.S.

Veröffentlicht: 07.10.2017 09:00 Uhr