Mu-Mu, Gna-Gna, Quak-Quak: Die Evolution der akustischen Kommunikation

In der Tierwelt, zu der auch Menschen zählen, gibt es viele Methoden, Informationen miteinander zu übermitteln. Das kann ein energetischer Tanz sein, wie bei den Paradiesvögeln, der die Bereitschaft des Männchens zur Fortpflanzung signalisiert; es kann eine leuchtende Färbung sein, wie bei den Baumfröschen des Amazonas, die auf ihre Giftigkeit hinweisen; es kann ein Geruch sein, wie bei Hunden, der die Grenzen ihres Territoriums markiert. Für die meisten entwickelten Tiere ist jedoch die akustische Kommunikation - also die Nutzung von Geräuschen - am vertrautesten. Wir bringen sogar unsere Kinder von der Wiege an bei, wer und wie spricht: die Kühe - mu-mu-mu, die Hunde - wuff-wuff usw. Für uns ist die verbale, also akustische, Kommunikation ein unverzichtbarer Aspekt der Sozialisierung. Dasselbe lässt sich über andere Vertreter der Fauna sagen. Wissenschaftler der Hainan-Universität (China) haben sich entschlossen, zurückblickend zu verstehen, wie sich die akustische Kommunikation entwickelt hat. Wie weit verbreitet ist akustische Kommunikation unter Tieren, wann hat sie ihren Ursprung und warum ist sie zur dominierenden Methode der Informationsübertragung geworden? Dies erfahren wir im Bericht der Forscher. Los geht's.

Basis der Forschung

In diesem Stadium der evolutionären Entwicklung haben viele Vertreter der Fauna akustische Signale vollständig in ihren Lebensrhythmus integriert. Die von Tieren erzeugten Geräusche werden verwendet, um Partner anzulocken (das Singen von Vögeln, das Quaken von Fröschen usw.), um Feinde zu entdecken oder zu desorientieren (der Schrei von Eichelhähern, die einem Räuber mitteilen, dass sie entdeckt wurden und die Falle nicht funktioniert, weshalb es für ihn besser ist, sich zurückzuziehen), um Informationen über das Vorhandensein von Nahrung zu übermitteln (Hühner, die Nahrung gefunden haben, geben ein charakteristisches Geräusch von sich, um die Aufmerksamkeit ihres Nachwuchses zu erregen) usw.

Eine interessante Tatsache:

Der Männchen des Eulenraptors (Procnias albus) stößt einen Balzruf von 125 dB aus (Reaktivtriebwerk - 120-140 dB) und ist damit der lauteste Vogel auf dem Planeten.

Die Untersuchung akustischer Signale und ihrer Evolution wird bereits seit geraumer Zeit durchgeführt. Die im Rahmen solcher Arbeiten gewonnenen Daten tragen dazu bei, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie Menschen Geräusche nutzen und wie sich verschiedene Sprachen in verschiedenen Regionen des Planeten entwickelt haben. Diese Forschungen haben jedoch den Ursprung der akustischen Kommunikation als Phänomen bisher nicht behandelt. Eine der grundlegenden Fragen, auf die bisher niemand eine Antwort gefunden hat, ist die: Warum entstand akustische Kommunikation?

Es gibt viele Fragen, die Antworten erfordern. Erstens, welche ökologischen Faktoren haben das Auftreten und die Entwicklung dieser Art der Informationsübertragung beeinflusst? Zweitens, war die akustische Kommunikation mit der Artbildung verbunden, d.h. trägt sie zur Verbreitung einer Art bei und hilft sie, ihr Aussterben zu verhindern? Drittens, ist das Vorhandensein akustischer Kommunikation evolutionär stabil nach ihrer Entwicklung? Und schließlich, entwickelte sich die akustische Kommunikation unabhängig in verschiedenen Tiergruppen oder hat sie einen gemeinsamen Vorfahren für alle Arten?

Die Antworten auf diese Fragen sind laut den Wissenschaftlern nicht nur wichtig für das Verständnis der akustischen Kommunikation selbst, sondern auch für das Verständnis der Evolution und Verhaltensänderungen bei Tieren. Beispielsweise gibt es die Theorie, dass der Lebensraum einen großen Einfluss auf die sexuelle Selektion und Kommunikation bei bestimmten Tierarten hat. Ob diese Theorie auch auf die Entwicklung von Signalen zutrifft, lässt sich noch schwer sagen, ist aber durchaus denkbar. Zudem erinnern die Wissenschaftler daran, dass bereits Darwin darauf hingewiesen hat, dass akustische Signale eine wichtige Rolle bei der Partnerbildung bestimmter Arten spielen. Folglich beeinflussen akustische Signale die Artbildung.

In dieser Arbeit haben die Forscher beschlossen, die Evolution der akustischen Signale bei Vierbeinern mithilfe eines phylogenetischen Ansatzes zu untersuchen (Feststellung der Beziehungen zwischen verschiedenen Arten). Der Schwerpunkt liegt auf der Herkunft der akustischen Kommunikation und nicht auf ihrer Form oder Funktion. In der Studie wurden Daten von 1799 verschiedenen Arten verwendet, wobei auch der Tagesverhaltensfaktor berücksichtigt wurde (Arten mit tagaktiven und nachtaktiven Verhaltensweisen). Darüber hinaus wurde die Beziehung zwischen akustischer Kommunikation und dem Diversifizierungsgrad der Arten, d.h. ihrer Verbreitung, mithilfe eines Modells der Artbildung und des Aussterbens untersucht. Außerdem wurde der phylogenetische Konservatismus bei Vorhandensein akustischer Verbindungen zwischen den Arten überprüft.

Ergebnisse der Studie

Unter den Vierbeinern haben die meisten Amphibien, Säugetiere, Vögel und Krokodile akustische Kommunikation, während die meisten Schuppen- und Schildkröten keine haben. Bei den Amphibien gibt es vom Typ dieser Informationsübertragung keine bei den Kaulquappen (Caecilian), aber es gibt sie bei bestimmten Salamanderarten und bei den meisten Fröschen (bei 39 von 41 untersuchten Arten). Akustische Kommunikation fehlt auch bei Schlangen und allen Familien von Eidechsen, mit Ausnahme von zwei — Gekkonidae (Gekkos), Phyllodactylidae. Bei der Ordnung der Schildkröten besitzen nur 2 von 14 Familien akustische Kommunikation. Es ist wenig überraschend, dass unter den 173 untersuchten Vogelarten akustische Kommunikation bei allen vorhanden war. 120 von 125 Familien der Säugetiere zeigten ebenfalls das Vorhandensein dieses Merkmals.

Eine interessante Tatsache:

Salamander besitzen eine erstaunliche Regenerationsfähigkeit und können nicht nur ihren Schwanz, sondern auch ihre Beine wieder nachwachsen; Salamander hingegen legen im Gegensatz zu vielen ihrer Verwandten keine Eier, sondern sind lebendgebärend; eine der größten Salamanderarten — der japanische Riesen-Salamander — wiegt 35 kg.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass akustische Informationsübertragung bei 69% der Vierbeiner vorhanden ist.

Tabelle Nr. 1: Prozentsatz der Arten mit akustischer Informationsübertragung unter den untersuchten Vierbeinern.

Nachdem die ungefähre Verbreitung der akustischen Kommunikation unter den Arten festgestellt wurde, war es notwendig, den Zusammenhang zwischen dieser Fähigkeit und dem Verhalten der Tiere (nächtlich oder tagsüber) zu verstehen.

Unter mehreren Modellen, die diese Beziehung für jede Art beschreiben, wurde das Modell ausgewählt, das für eine durchschnittliche Beschreibung der Beziehung zwischen Akustik und Verhalten für alle Arten geeignet ist. Dieses Modell (Tabelle Nr. 2) zeigt alle möglichen Vor- und Nachteile eines solchen Verhaltens für beide Verhaltensvarianten des Tieres.

Tabelle Nr. 2: Analyse der Beziehung zwischen akustischer Kommunikation und Verhalten des Tieres (tagsüber / nachts).

Es wurde eine klare Abhängigkeit der akustischen Kommunikation vom Verhalten festgestellt, sowie eine ausgewogene Wechselabhängigkeit. Interessanterweise wurde jedoch keine umgekehrte Abhängigkeit — das Verhalten von akustischer Kommunikation — gefunden.

Die phylogenetische Analyse zeigte eine enge Verbindung zwischen Akustik und nachtaktivem Lebensstil (Tabelle Nr. 3).

Tabelle Nr. 3: Phylogenetische Analyse der Beziehung zwischen akustischer Kommunikation und tagaktivem / nachtaktivem Lebensstil.

Die Datenanalyse zeigte außerdem, dass das Vorhandensein akustischer Kommunikation keinen Einfluss auf die Diversifikationsgeschwindigkeit in der Phylogenie der Vierbeiner hatte. So waren die durchschnittlichen Diversifikationsraten (Artenbildung — Aussterben; r = 0,08 Ereignisse pro Million Jahre) sowohl für Linien mit akustischer Kommunikation als auch für Linien ohne diese Fähigkeit gleich. Daher kann man annehmen, dass das Vorhandensein oder Fehlen akustischer Kommunikation keinen nennenswerten Einfluss auf die Verbreitung einer bestimmten Art oder auf Ereignisse hat, die mit ihrer Entstehung oder ihrem Aussterben verbunden sind.

Abbildung Nr. 1: Diagramm der Evolution akustischer Kommunikation unter verschiedenen Vierbeinern.

Wissenschaftler vermuten, dass sich die akustische Kommunikation wahrscheinlich unabhängig in jeder Hauptgruppe der Vierbeiner entwickelt hat, ihr Ursprung jedoch in vielen wichtigen Kladen alt ist (~ 100–200 Millionen Jahre her).

Zum Beispiel entwickelte sich die akustische Kommunikation relativ früh in der Phylogenie der Gruppe der schwanzlosen Amphibien (Anura), fehlt jedoch vollständig in der Schwestergruppe zu allen anderen heute lebenden Fröschen aus Kladen, die die Familien Ascaphidae (Schwanzfrösche) und Leiopelmatidae (Leiopelmen) enthalten.

Eine interessante Tatsache:

Leiopelmen sind Endemiten Neuseelands und gelten als langlebig unter Fröschen – Männchen leben bis zu 37 Jahren, während Weibchen bis zu 35 Jahren leben.

Bei Säugetieren, wie auch bei Fröschen, entstand die akustische Kommunikation vor etwa 200 Millionen Jahren. Einige Arten haben während der Evolution diese Fähigkeit verloren, jedoch haben die überwiegende Mehrheit sie bis in die heutige Zeit bewahrt. Eine Ausnahme bilden Vögel, die offenbar die einzigen sind, die während der gesamten Evolutionsperiode nicht von der akustischen Kommunikation getrennt waren.

Es wurde festgestellt, dass akustische Kommunikation sowohl bei dem jüngsten Vorfahren der heute lebenden Vögel als auch bei dem ältesten Vorfahren der heute lebenden Krokodile vorhanden war. Jeder dieser Vorfahren lebte vor etwa 100 Millionen Jahren. Man kann annehmen, dass akustische Kommunikation auch bei dem gemeinsamen Vorfahren dieser beiden Gruppen, also vor weiteren 250 Millionen Jahren, vorhanden war.

Eine interessante Tatsache:

Einige Arten von Geckoartigen sind in der Lage, für Eidechsen überraschende Geräusche von sich zu geben – Bellen, Klicks, Zwitschern usw.

Bei Schuppentieren kommt akustische Kommunikation recht selten vor, was möglicherweise mit einer spezifischeren Entwicklung bei Nachttieren wie den Geckoartigen (Gekkota) zusammenhängt. Relativ kürzliche evolutionäre Veränderungen haben zur Entwicklung von akustischer Kommunikation bei einigen phylogenetisch isolierten Arten von Salamandern und Schildkröten geführt.

Für eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Forschungsergebnissen empfehle ich einen Blick auf Bericht der Wissenschaftler und Zusatzmaterial dazu.

Epilog

Zusammenfassend lässt sich mit fast völliger Gewissheit sagen, dass die Entwicklung der akustischen Kommunikation in irgendeiner Weise mit dem nachtaktiven Lebensstil verbunden ist. Dies bestätigt die Theorie über den Einfluss der Ökologie (Lebensraum) auf die evolutionären Merkmale einer Art. Dennoch hat die Existenz akustischer Kommunikation praktisch keinen Einfluss auf die Diversifikation einer Art im großen zeitlichen Maßstab.

Die Forscher haben auch festgestellt, dass die akustische Kommunikation vor etwa 100-200 Millionen Jahren auftauchte und einige Arten von vierbeinigen Tieren diese Fähigkeit über diese Zeit hinweg nahezu ohne Veränderungen beibehalten haben.

Es ist erwähnenswert, dass akustische Kommunikation für nachtaktive Wesen zwar ein offenkundiger Vorteil ist, sie jedoch keinen negativen Einfluss beim Übergang zum Tagleben hat. Diese einfache Tatsache wird durch die Beobachtung bestätigt, dass viele zuvor nachtaktive Arten, die zum Tagleben übergegangen sind, diese Fähigkeit nicht verloren haben.

Die Kommunikation durch Geräusche kann laut dieser Untersuchung als das stabilste evolutionäre Merkmal bezeichnet werden. Wenn diese Fähigkeit auftrat, verschwand sie im Verlauf der Evolution praktisch nie, im Gegensatz zu anderen Signalübertragungsmethoden wie auffälligen Farben oder ungewöhnlichen Körperformen, Gefieder oder Fell.

Laut den Forschern kann ihre Analyse des Zusammenhangs zwischen akustischer Kommunikation und Umwelt auch auf andere evolutionäre Merkmale angewendet werden. Früher wurde angenommen, dass der Einfluss der Ökologie auf die Methoden der Signalübertragung auf Unterschiede zwischen nahe verwandten Arten beschränkt ist. Basierend auf dem oben beschriebenen Werk kann jedoch mit Sicherheit gesagt werden, dass fundamentale Signalübertragungsarten sich ebenfalls entsprechend den Veränderungen in der Tierumgebung anpassen.

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Quelle: habr.com