Zuverlässige Atemmessungen bei wilden Delfinen
Derzeitige Techniken zur Einschätzung des Energieverbrauchs von freischwimmenden Delfinen übertreffen die gemessenen Werte um über 200 %. Darüber hinaus betrachten sie den Energieverbrauch über zu lange Zeiträume, sodass sich Reaktionen auf bestimmte Ereignisse oder Bedingungen nur schwer erkennen lassen. Dies hat enorme Auswirkungen darauf, wie Wissenschaftler den Energiebedarf von Walen einschätzen und ihre Reaktion auf Stressfaktoren wie von Menschen verursachte Geräusche interpretieren. Im EU-finanzierten Projekt RATE wurden die ersten zuverlässigen Schätzungen des Energieverbrauchs von überwachten und freischwimmenden Walen mithilfe von Techniken aus der Humanmedizin erstellt, um Informationen aus Atemgeräuschen zu erhalten. Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert. Lungenfunktionstest beim Schwimmen In laborähnlichen Umgebungen können Forscher verschiedene Parameter des Atmungssystems messen. Bei frei lebenden Tieren wurden bisher jedoch nur wenige bis keine Messungen des Atemvolumens durchgeführt. „Wir wollten eine Technik entwickeln, mit der sich abschätzen lässt, wie viel Luft wilde Delfine austauschen, wenn sie frei im Wasser schwimmen“, so Marie-Curie-Stipendiatin Dr. Julie van der Hoop. Ziel war es, die Messungen des Atemluftstroms und Atemvolumens in Beziehung zu setzen, weshalb Geräuschaufnahmen zur Schätzung des Atemvolumens von wilden Delfinen beim Schwimmen in ihrer natürlichen Umgebung erstellt wurden. „Anhand dieser Methode kann das Volumen auf Werte innerhalb von 18 % des gemessenen Wertebereichs geschätzt werden; die Validität beim Menschen beträgt im Vergleich dazu 15 %“, erklärt Dr. van der Hoop. Die Forscher kombinierten zwei hochmoderne Technologien. Die erste ist ein Durchflussmesser, auch bekannt als Pneumotachometer, und wird normalerweise zum Testen der menschlichen Lungenfunktion verwendet. Eine der ersten Herausforderungen bestand daher darin, das Gerät an Delfine anzupassen, da diese 14-mal schneller ausatmen können als Menschen. Die zweite Technologie umfasste spezielle Biologger, die Geräusche und Bewegungen aufzeichnen und mit Saugnäpfen direkt hinter dem Blasloch von Delfinen befestigt werden. Durch Anbringen eines speziell angefertigten Pneumotachometers zur Aufzeichnung der Atemflussraten und Gase über dem Blasloch von Tümmlern konnten die Projektmitglieder simultane Atemmessungen und akustische Aufzeichnungen jedes einzelnen Atemzugs durchführen. Die Geräusche beim Ein- und Ausatmen wurden durch Sensoren zur digitalen Aufzeichnung akustischer Signale (digital acoustic recording tags, DTAGs) aufgenommen. Unerwartetes Ergebnis Die Wissenschaftler kalibrierten die Atemflussraten anhand aufgezeichneter Atemgeräusche von Delfinen und wandten sie mithilfe der Sensoren auf freischwimmende wilde Delfine an. Dieser Ansatz lieferte zuverlässige Schätzungen des Luftstroms und Energieverbrauchs. Zudem bewerteten die Forscher Änderungen der Atembedingungen als Reaktion auf bestimmte Ereignisse und Verhaltensmuster. „Wir haben die bestehenden Einschränkungen bei der Messung der Atmungsphysiologie von freischwimmenden Tieren überwunden und die Genauigkeit der Schätzungen der Stoffwechselrate von Tagen auf Sekunden verbessert. Dadurch wird sich die Art und Weise, wie wir den Energieumsatz bei wilden Meeressäugern messen, wahrhaft revolutionär verändern“, erklärt Dr. van der Hoop. Die Ergebnisse zeigten, dass das Atemvolumen je nach Aktivität und über die Zeit variiert und im Durchschnitt nicht so hoch ist, wie zuvor angenommen. „Diese Erkenntnisse werden erhebliche Auswirkungen auf die Schätzung des Energieumsatzes von wilden Walen und die Bewertung der Folgen menschlichen Eingreifens sowie des daraus resultierenden Risikos für Wale, an der Dekompressionskrankheit zu erkranken, haben“, kommentiert Projektkoordinator Prof. Madsen. RATE zeigt auch, dass die Wissenschaft vom Ansatz der Ära des Walfangs bis zur Forschung einen langen Weg zurückgelegt hat. „Jetzt können wir kritische physiologische Parameter für diese Wildtiere auf nichtinvasive Weise messen. Wir müssen keine Wale töten, um sie zu untersuchen“, so Prof. Madsen abschließend.
Schlüsselbegriffe
RATE, Delfine, Energie, Wal, Sensoren zur digitalen Aufzeichnung akustischer Signale (DTAGs), Energieverbrauch, Pneumotachometer, Bio-Logging
