Für uns Menschen ist die Orientierung im marinen Lebensraum ohne technische Hilfsmittel nicht möglich, da die Unterwasserwelt mit ihrer durch Dunkelheit und Trübung begrenzten Sicht und die Überwasserwelt mit ihrer auf den ersten Blick vorhandenen Strukturarmut nur wenige für eine erfolgreiche Orientierung verwertbare Informationen bereithält. Ganz im Gegensatz dazu zeigen Meeressäuger, dass sie in der Lage sind, gezielt Futter- oder Paarungsplätze aufzusuchen und auch wieder gezielt und meist geradlinig zu Ruheplätzen zurückzukehren oder ausgedehnte saisonale Wanderungen zu unternehmen. Die Grundlage dieser Orientierungsleistungen von Meeressäugern wie Robben, Zahn- und Bartenwalen, Seekühen und Ottern steht deshalb seit langem sowohl im zoologischen als auch technischen Interesse. Bis heute ist sehr wenig darüber bekannt, welche Informationen sie nutzen, um sich in ihrer näheren Umgebung zu orientieren oder um großräumig zu navigieren. Die Gründe hierfür liegen einerseits in der Unzugänglichkeit der Unterwasserwelt und der schwierigen experimentellen Arbeit mit Wildtieren im Freiland; andererseits sind die Sinnesleistungen dieser Tiere bislang lediglich als klassisch sinnesphysiologische Studien unter Laborbedingungen untersucht worden, wobei hinsichtlich der Anpassung der Sensorik an den aquatischen Lebensraum zumeist von der Leistung und Funktion bekannter Sinnessysteme der Landsäuger ausgegangen wurde. Auch wurde bisher meist versäumt, das Zusammenspiel der verschiedenen Sinnesleistungen mariner Säuger sowie ihre kognitiven Fähigkeiten unter dem übergeordneten Gesichtspunkt der Orientierung im aquatischen Lebensraum zu sehen.

Ziel unserer wissenschaftlichen Arbeit ist es deshalb, mit einem interdisziplinären Ansatz die Grundlagen bisher vernachlässigter mariner Informationskanäle zu erarbeiten und bereits bekannte Orientierungsmechanismen weiter aufzuklären, um letztlich ein Gesamtbild der Orientierungsleistungen mariner Säuger zeichnen zu können.

Auf dieser Seite finden Sie detaillierte Informationen zu einzelnen Forschungsprojekten die mit Robben durchgeführt werden.

Das Richtungshören in der medianen Ebene ist in den Fokus des Interesses gerückt, da alle Land lebenden Säuger hierzu ihre Ohrmuscheln einsetzen, Seehunde jedoch keine Ohrmuscheln besitzen. Es stellte sich also die Frage, ob sie in der Lage sind, zwischen oben und unten sowie vorne und hinten zu unterscheiden und wie sie diese Unterscheidung bewerkstelligen.

Im Video liegt Seehund Sam seitlich im Wasser in einer Ruheposition. Ein Geräusch wird ihm entweder senkrecht über dem Kopf, das Beispiel des Videos, oder unter dem Kopf vorgespielt. Er zeigt nun mit einer Kopfbewegung an den oberen oder unteren Antwortball an, von wo seiner Wahrnehmung nach das Geräusch eingespielt worden war.

In einer "Matching"-Aufgabe wird dem Versuchstier zuerst ein Reiz ("sample") und dann zwei Vergleichsreize präsentiert. Nur ein Vergleichsreiz - der sogenannte positive Reiz - ist identisch mit dem "sample". Die Aufgabe des Tieres besteht darin, den positiven Reiz zu wählen. Visuelle "Matching"-Aufgaben erwiesen sich für Seehunde als recht schwierig zu erlernen, weshalb nun geschaut werden soll, wie gut eine "Matching"-Aufgabe erlernt werden kann, wenn der Seehund die Objekte mit seinen Barthaaren ertasten kann.

Im Video sieht man, wie der Seehund maskiert wird; zum einen mit einer Maske über den Augen, um eine visuelle Lösung der Aufgabe zu verhindern, zum anderen mit Kopfhörern, um zu vermeiden, dass bei Installation der Reize akustische Signale Hinweise über die richtige Lösung geben. Das Tier berührt nun zuerst das "sample" in der Mitte, erforscht dann die beiden Vergleichsreize und drückt dann bei einer Richtigwahl den positiven Reiz nach hinten. In diesem Beispiel unterscheiden sich die Reize in ihrer Größe.

Seehunde sind in der Lage, nur mithilfe ihrer Barthaare hydrodynamische Spuren von sich durch das Wasser bewegenden Objekten zu detektieren und zu verfolgen (Dehnhardt, Mauck & Bleckmann 1998; Dehnhardt et al. 2001).

Im Video sieht man, wie Seehund Sam präzise die hydrodynamische Spur eines ferngesteuerten U-Boots verfolgt. Während des Legens der Spur ist Sam vollständig maskiert, er befindet sich mit den Barthaaren außerhalb des Wassers, sodass er nichts spüren kann, er trägt Kopfhörer, sodass er nichts hören kann, und er trägt eine Maske über den Augen, sodass er nichts sehen kann. Kommt das Boot zur Ruhe, gibt es also auch keine hörbaren Hinweise über seine Position mehr, darf der Seehund die Spur suchen und verfolgen, wobei er nach wie vor die Maske trägt, um ein Auffinden des Bootes mit den Augen zu verhindern. Diese erstaunliche Fähigkeit könnten Seehunde nutzen, um die hydrodynamischen Spuren ihrer Beutetiere, den Fischen, aufzuspüren und zu verfolgen, um dann schlussendlich den Fisch zu fangen.

Seehunde haben in zahlreichen Experimenten gezeigt, dass sie vielfältige Informationen aus einer komplexen hydrodynamischen Spur ziehen können. Innerhalb dieser Spuren sind Wirbel anzutreffen, die die wesentlichen Informationen zu tragen scheinen. Es stellte sich nun die Frage, ob Seehunde auch in der Lage sind, einzelne Wirbel zu detektieren. Im Experiment werden diese mithilfe eines Wirbelgenerators erzeugt, und es können gezielt einzelne Parameter der Wirbel variiert werden. Diese Untersuchung hilft die Funktionsweise der Barthaare im Detail zu verstehen.

Das Video zeigt Seehund Filou, wie er mit einer Maske über den Augen, um eine visuelle Lösung der Aufgabe zu verhindern, seine Station unter Wasser einnimmt. Ein Wirbel wird auf einer Seite ausgelöst (Zu Demonstrationszwecken wurde das Wasser in einem Wirbelgenerator grün angefärbt.) Der Wirbel wandert zum Seehund, der diesen mithilfe der Barthaare spürt und der Experimentatorin mitteilt, von welcher Seite der Wirbel gekommen war.

Flundern stellen einen wichtigen Bestandteil der Nahrung von Seehunden dar. Trotz ihres kryptischen Aussehens und trotz Eingrabens in das Sediment können also Seehunde Flunder detektieren. Grundlage hierfür könnten die Atemwasserströme der Flunder sein. In diesem Experiment gilt es nun, zu testen, ob Seehunde nur mithilfe ihrer Barthaare feine zuerst künstlich erzeugte Wasserbewegungen vergleichbar den Atemwasserströmen der Flundern, später dann eine echte Flunder auf einer 4 x 4 m großen Fläche auffinden können.

Seehunde sind über ihre Fähigkeit, hydrodynamische Spuren zu detektieren und zu verfolgen, hinaus in der Lage, aus einer hydrodynamischen Spur die Richtung abzulesen, in die z. B. ein Beutefisch geschwommen ist. Diese Erkenntnis wurde in einem Verhaltensexperiment gewonnen, in dem der Seehund die Richtung eines durchs Wasser gezogenen Paddels anzeigte (Wieskotten et al. 2011).

Im Video sieht man die Aufsicht auf ein Wasserbecken. In das Wasser des Beckens wurden Schwebepartikel hinzugefügt, welche durch einen Laser in einer Ebene angestrahlt werden. Daraufhin wird ein kleines Paddel von rechts nach links durch das Becken gezogen; man sieht deutlich die dadurch hervorgerufenen Verwirbelungen. Wenig später stößt Seehund Henry mit einer Maske über den Augen auf die Spur und kann blitzschnell die Bewegungsrichtung des Paddels nur mithilfe seiner Barthaare bestimmen. Computergestützt können diese Bilder im Detail analysiert werden.

Dimethylsulfid (DMS) ist ein Geruchsstoff, der freigesetzt wird, wenn Phytoplankton von
z. B. kleinen Krebsen (Zooplankton) gefressen wird. Die Fähigkeit DMS wahrzunehmen würde einen Seehund direkt zu diesen Plätzen hoher Produktivität führen, wo er dann auch viele Beutetiere vorfinden würde. In diesem Experiment wurde die Schwelle der Seehunde für DMS bestimmt. Seehunde zeigten sich in der Lage, kleinste DMS Spuren zu detektieren (Kowalewsky et al. 2006). In einem open field Experiment auf dem offenen Meer kann nun getestet werden, ob z. B. wilde Seehunde Areale mit erhöhter DMS-Konzentration gezielt anschwimmen.

Meere weisen mehr oder weniger stark ausgeprägte vertikale und horizontale Salinitätsgradienten auf, die lokal unterschiedlich sind. Die Fähigkeit, diese Salinitätsgradienten zu detektieren, könnte von Seehunden zur Orientierung genutzt werden. Seehunde zeigten sich sehr sensitiv für Salinitätsunterschiede, wie sie in ihrer Umwelt auftreten (Sticken et al. 2000). Damit ist die Grundlage für eine gustatorische Orientierung im marinen Habitat gegeben.

In kaltem Wasser sehen sich die Tiere aufgrund der erhöhten Wärmeleitfähigkeit des Wassers mit dem Problem konfrontiert, nicht zu viel Wärme zu verlieren. Sie haben dementsprechend Isolationsmechanismen entwickelt, die einen zu hohen Wärmeverlust verhindern. An Land jedoch besteht häufig dann das umgekehrte Problem, d. h. überschüssige Wärme muss abgegeben werden. Die Forschung am Marine Science Center hat gezeigt, dass dies bei Hundsrobben über sogenannte "thermische Fenster", stark durchblutete Bereiche der Haut, erzielt wird (Mauck et al. 2003). In diesem Projekt wurden auch vergleichende thermoregulatorische Aspekte bei Seebären untersucht.

Auf dem Video, welches mithilfe einer Wärmebildkamera aufgezeichnet wurde, erkennt man, wie thermische Fenster auf dem Körper eines Seehunds nahe der Hinterflossen entstehen. Die Temperatur auf den Bildern der Wärmebildkamera ist farbkodiert, wobei blau niedrigen Temperaturen bis minimal 18 °C und rot hohen Temperaturen bis maximal 38 °C zugeordnet sind.

Fische verfügen über zahlreiche Sinnessysteme, darunter das Gehör und den hydrodynamischen Sinn, chemische Sinne, Temperaturwahrnehmung und häufig auch passive oder aktive Elektrosensorik. Außerdem sind sie unter den Wirbeltieren die Erfinder des Auges. In einer Reihe von Experimenten stehen die spezifischen Anpassungen des Fischauges an unterschiedlichste ökologische Bedingungen im Blickpunkt. So wurden die Sehschärfen vom Europäischen Aal (Anguilla anguilla) und dem indischen Schlammspringer (Periophthalmus novemradiatus) unter verschiedenen Bedingungen ermittelt. Diese zwei Fischarten kennzeichnen sich durch eine völlig unterschiedlicher Lebensweise, jedoch können beide im Wasser und an der Luft überleben. Darüber hinaus weist der Schlammspringer eine nahezu terrestrische Lebensweise auf.

Das Video zeigt ein Zweifachwahlexperiment zur Bestimmung der Sehschärfe vom Indischen Zwergschlammspringer. Das Tier kommt von links ins Bild und wählt den Streifenreiz, dessen Wahl belohnt wird. Durch schrittweise Erschwerung der Aufgabe können seine Leistungsgrenzen ermittelt werden.

C-Starts und S-Starts, zusammenfassend als Schnellstarts bezeichnet, sind schnelle Fluchtreaktionen bei Fischen, die durch einen akustischen oder visuellen Schreckreiz ausgelöst werden können. In diesem Projekt wird untersucht, ob die Wasserbewegungen, die durch eine solche Fluchtreaktion verursacht werden, geeignet sind, um Beutegreifern beim Aufspüren eines Fisches zu helfen. Viele Beutegreifer wie zum Beispiel Robben oder Raubfische verfügen über die entsprechenden Sinnessysteme, um Wasserbewegungen wahrzunehmen, es ist aber noch zu wenig darüber bekannt, ob sie räumliche Muster analysieren und kategorisieren können. Deshalb werden die Wasserbewegungen, die im natürlichen Lebensraum vorkommen, mit der Particle Image Velocimetry (PIV) vermessen.

Das Video zeigt zwei verschiedene Schnellstarts und die verursachten Wasserbewegungen. Die erste Sequenz zeigt einen C-Start, die zweite einen S-Start. Die Wasserbewegungen sind als Vektorfelder dargestellt. In jeder der beiden Sequenzen kann man drei verschiedene Zonen schneller Wasserbewegung, sogenannte Jets, erkennen, die mehr oder weniger genau die Form von Wirbelringen haben: Jet 1 wird von der Schwanzflosse erzeugt, Jet 2 vom Körper und von der Schwanzflosse, und Jet 3 vom Körper in einer späteren Phase. Ein Beutegreifer könnte theoretisch aus diesen Jets wertvolle Informationen gewinnen kann.

Elektrorezeption, das ist die Fähigkeit zur Wahrnehmung elektrischer Felder im Wasser, und findet sich z. B. bei Haien und Rochen. 2012 konnte gezeigt werden, dass der Guiana Delphin, ein Zahnwal, ebenfalls elektrische Felder mithilfe seiner haarlosen Vibrissenfollikel auf dem Rostrum wahrnehmen und damit Beute im Sediment aufspüren kann (Czech-Damal et al. 2012). Auch große Tümmler suchen mitunter nach im Meeresboden verstecken Beutefischen. Bei diesem sogenannten „Crater-Feeding“ graben sich die Tiere mit ihrem Kopf in den Sand. Durch die Wahrnehmung der von den Fischen erzeugten elektrischen Felder könnte der Delphin in dieser Situation in der Lage sein, diese Fische auf kurzer Distanz zu lokalisieren.

Das Video zeigt den Ablauf eines Einzelversuchs zur Untersuchung, ob auch Große Tümmler in der Lage sind, elektrische Felder wahrzunehmen. Das Delphinweibchen Donna schwimmt hier in die Versuchsapparatur und nimmt dort eine Ruheposition ein. Direkt über ihrem Schnabel befindet sich die Elektrode zur Erzeugung der elektrischen Reize. Der Delphin hat die Aufgabe, bei Wahrnehmung eines elektrischen Signals dies durch Verlassen der Apparatur kundzutun.

Obwohl der Hund zu den ersten domestizierten Tieren gehört, sind seine Sinnessysteme bis heute kaum erforscht. Dies gilt insbesondere auch für das Vibrissensystem des Hundes. Es gibt weder morphologische Studien, noch fundierte wissenschaftliche Publikationen zur Sinnesphysiologie des Vibrissensystems bei Hunden. In einem Verhaltensexperiment soll nun erstmals untersucht werden, wie empfindlich die Hundevibrissen sind (Bestimmung einer frequenzabhängigen Wahrnehmungsschwelle). Neben den Verhaltensexperimenten soll eine Beschreibung des äußeren Erscheinungsbildes der Hundevibrissen bei unterschiedlichen Rassen vorgenommen werden. Diese Klassifizierung der Vibrissen soll Aufschluss über rassespezifische Unterschiede geben und Hinweise zur Funktion der Vibrissen liefern.