Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Den Baum trotz der Blätter sehen - Wie Fledermäuse komplexe 3D-Strukturen erkennen

31.03.2004


Echoortende Fledermäuse beschallen Objekte in ihrer Umgebung mit Ultraschalllauten und werten die von den Objektoberflächen reflektierten Echos aus. Auf diese Weise erhalten sie in völliger Dunkelheit nicht nur Informationen über die Position eines Objekts im Raum, sondern auch über dessen dreidimensionale Struktur. Bislang war allerdings unbekannt, ob Fledermäuse auch chaotische Echos von großen, komplexen Objekten - etwa Bäume und andere Vegetation - sinnvoll verarbeiten können. Das Team um Privatdozent Dr. Lutz Wiegrebe von der Abteilung Neurobiologie des Departments Biologie II der LMU konnte jetzt zeigen, dass Fledermäuse solche chaotischen Echos anhand eines statistischen Parameters unterscheiden und in Klassen einteilen (PNAS, online-Ausgabe). "Diese Fähigkeit gibt den Fledermäusen die Möglichkeit, große, komplexe Objekte wie Bäume in Kategorien wie "Laubbaum" und "Nadelbaum" einzuordnen", berichtet Wiegrebe.



Das Echo, durch das ein Objekt beschrieben wird, besteht aus den Einzelreflexionen des Echoortungslautes von den Oberflächen des Objekts. Beschallt eine Fledermaus ein kleines Objekt mit wenigen Oberflächen, empfängt sie nur wenige Einzelreflexionen, die dem Echo ein geordnetes, charakteristisches Zeit- und Frequenzmuster aufprägen. Anhand dieser Muster können einfache Objekte unterschieden und klassifiziert werden. Anders ist es bei großen, komplexen Objekten. Bäume etwa verfügen mit ihren Blättern über unzählige Reflektoren, die noch dazu chaotisch angeordnet sind. Das Echo setzt sich also aus einem Chaos von Tausenden von Einzelreflektionen zusammen - eine von jedem Blatt.



Es ist leicht vorstellbar, dass ein solches Echo keine geordneten Zeit- oder Frequenzmuster enthält, die eine zuverlässige Erkennung erlauben würden. Zudem ist es höchst unwahrscheinlich, dass eine Fledermaus vom selben Baum zweimal dasselbe Echo empfängt, da die Blätter ihre Position und Ausrichtung zum Beispiel durch Windbewegung ständig verändern. Trotzdem können die Tiere diesem akustischen Chaos Herr werden und dann die Bäume und Sträucher als Orientierungshilfe verwenden. Dabei können statistische Eigenschaften des Echos helfen. Ein Beispiel dafür ist seine "Rauigkeit". Die Nadeln eines Nadelbaums etwa wirken wie sehr viele kleine, dicht gepackte Reflektoren. Das Echo setzt sich also aus sehr vielen leisen Einzelreflexionen mit geringem zeitlichen Abstand zusammen: Es hört sich "glatt" an. Ein Laubbaum dagegen präsentiert weniger und größere Reflektoren, die nicht so dicht gepackt sind. Das Echo besteht aus weniger und lauteren Einzelreflexionen, es hört sich "rau" an. Diese statistische Eigenschaft ist charakteristisch für bestimmte Vegetationstypen und ließe sich zur Unterscheidung und Klassifikation heranziehen.

Die Wissenschaftler untersuchten, ob Fledermäuse der Art Phyllostomus discolor in der Lage sind, diese statistische Echoeigenschaft auszuwerten. Zunächst erlernten die Fledermäuse, Echos von zwei bestimmten Phantomzielen mit unterschiedlicher Rauigkeit zu unterscheiden. "Wir haben Phantomziele aus bis zu 4000 Einzelreflexionen zusammengestellt, die die akustischen Eigenschaften verschiedener Vegetationstypen repräsentierten", berichtet Wiegrebe. Diese Phantomziele wurden dann den Tieren in einem Rückspielexperiment präsentiert: Von jedem ausgesandten Ortungslaut der Fledermäuse wurde ein computergeneriertes Echo von einem der Phantomziele zurückgespielt. "Dabei hat sich gezeigt, dass die Tiere spontan in der Lage waren, chaotische Echos von unbekannten Phantomzielen anhand ihrer Rauigkeit zu unterscheiden und in Klassen einzuteilen", so Wiegrebe.

Die Fähigkeit, chaotische Echos anhand eines statistischen Parameters zu analysieren, gibt den Fledermäusen die Möglichkeit, große, komplexe Objekte wie Bäume zu unterscheiden und in Klassen wie "Laubbaum" und "Nadelbaum" einzuordnen, ohne sich individuelle Zeit- oder Frequenzmuster merken zu müssen. Somit bildet diese statistische Echoanalyse die entscheidende Grundlage für die Nutzung von Vegetation als Landmarken für eine echoortungsgestützte Orientierung. (suwe)

Ansprechpartner:

PD Dr. Lutz Wiegrebe
Sektion Neurobiologie, Department Biologie II der LMU
Tel.: +49 89 5902 609
Fax: +49 89 5902 450
E-Mail: wiegrebe@zi.biologie.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw

Weitere Berichte zu: Echo Einzelreflexionen Fledermaus Frequenzmuster Phantomziele Reflektor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie