Der Lockruf des Nachtigallgrashüpfers
Der Nachtigallgrashüpfer (Chorthippus biguttulus)
Sexuelle Fortpflanzung führt zu einem prinzipiellen Interessenkonflikt zwischen den beiden Geschlechtern, sobald die "Investitionen" in die nächste Generation ungleich verteilt sind. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die pro Nachkommen eingesetzten Ressourcen für die Produktion weiblicher Eizellen höher sind als die für männliche Spermien - was im Allgemeinen schon aus dem extremem Größenunterschied beider Gameten folgt - und dieses Ungleichgewicht auch nicht durch einen erhöhten Aufwand der Männchen bei der Brutpflege wettgemacht wird.
Gemäß der Theorie der sexuellen Selektion sollten in dieser Situation die Männchen versuchen, sich mit möglichst vielen Weibchen zu paaren, wohingegen die Weibchen eine besonders kritische Auswahl zwischen ihren potentiellen Paarungspartnern treffen sollten. Vor allem müssten sie daran interessiert sein, aus den ihnen zugänglichen Merkmalen der Männchen verlässlich deren Qualität abzuschätzen. Im Gegenzug sollten die Männchen versuchen, individuelle Defizite möglichst weitgehend zu verschleiern. Aus diesem Interessenkonflikt kann sich ein spannender evolutionärer Wettlauf ergeben.
Kommunikation spielt eine oft entscheidende Rolle bei der Partnerwahl. Damit können die Hypothesen der Theorie sexueller Selektion am Beispiel der Erzeugung und Verarbeitung arteigener Kommunikationssignale überprüft werden. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Frage, wie Paa-rungssignale männlicher Sender im sensorischen Nervensystem eines weiblichen Empfängers verarbeitet werden. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob die feinen Unterschiede zwischen den Signalen einzelner arteigener Männchen überhaupt vom Nervensystem eines Weibchens erkannt werden können.
Besonders geeignet für derartige Untersuchungen sind akustisch kommunizierende Arten, da Lockrufe künstlich leicht modifiziert werden können, um die Bedeutung spezifischer Signalkomponenten im Detail zu analysieren. Die Biologen haben deshalb "Gesänge" von mehreren Männchen des heimischen Nachtigallgrashüpfers (Chorthippus biguttulus) arteigenen Weibchen vorgespielt und die durch diese Gesänge hervorgerufenen Antwortmuster auditorischer Neurone in vivo elektrophysiologisch gemessen. Mit Hilfe theoretischer Verfahren untersuchten sie, inwieweit Unterschiede zwischen den Männchengesängen aus den neuronalen Antworten der Weibchen abgelesen werden können. Zum großen Erstaunen der Verhaltensbiologen ergab sich, dass die Heuschreckengesänge anhand der neuronalen Antwortmuster schon nach wenigen Hundert Millisekunden nahezu perfekt unterscheidbar sind.
Welche Gesangseigenschaften ermöglichen diese unerwartete Leistung? Zur Aufklärung dieser Frage wurden zusätzliche Versuche mit künstlich erzeugten Gesangsvarianten durchgeführt, die sich allein in ihrer zeitlichen Feinstruktur voneinander unterschieden, in ihrem Frequenzspektrum und der Dauer der Gesangssilben jedoch identisch waren. Die erzielte Diskriminationsleistung verringerte sich jedoch nur unwesentlich. Damit konnte nachgewiesen werden, dass weder die Silbenlänge noch das breitbandige Trägerspektrum der Gesänge für deren Unterscheidung von besonderer Bedeutung sind. Vielmehr kommt es auf die präzise zeitliche Struktur der Gesänge an, wobei die beste Diskrimination bei einer Zeitauflösung von nur 2-10 Millisekunden erzielt werden.
Das Ergebnis ist auch deshalb interessant, da genetische Defekte Veränderungen der Gesänge auf gerade dieser Zeitskala verursachen. So führen Häutungsprobleme bei der Individualentwicklung zu verkrüppelten Beinen oder Flügeln, womit die nur durch ein gleich starkes aber leicht phasenver-setztes Anstreichen beider Flügel möglichen korrekten Gesangsmuster nicht mehr erzielt werden können und kurze Lücken im Gesang entstehen. Damit legen die Resultate eine besondere Rolle des Hörsystems dieser Tiere für die sexuelle Selektion nahe. Weiterführende Untersuchungen sollen dies nun im Detail erhärten.
Die vorgestellte Arbeit schlägt eine neue Brücke zwischen Neurophysiologie und Evolutionsbiologie - und beruht auf einer eng abgestimmten Kombination von Elektrophysiologie, Datenanalyse und Theorie, wie sie für den sich rasch entwickelnden Forschungsansatz der "Computational Neu-roscience" typisch ist. Die Kooperation der Experimentatoren und Theoretiker um Prof. Bernhard Ronacher und Prof. Andreas V.M. Herz ist in den letzten Jahren im Rahmen des DFG-Innovationskollegs "Theoretische Biologie" an der Humboldt-Universität zu Berlin entstanden und wird im gleichnamigen neuen Sonderforschungsbereich intensiv weitergeführt. Zum Erfolg der schwierigen elektro-physiologischen Messungen hat auch Olga Kolesnikova (Moskau) beigetragen, die mit Hilfe eines Humboldt-Universitäts-Stipendium für ein Jahr als Gaststudentin in Berlin war.
Der Beitrag Single auditory neurons rapidly discriminate conspecific communication signals
von Christian K. Machens, Hartmut Schütze, Astrid Franz, Olga Kolesnikova, Martin B. Stemmler, Bernhard Ronacher und Andreas V.M. Herz wird publiziert in Nature Neuroscience (1.4.2003) - online ab 24.3.: http://www.nature.com/neu
Informationen: Prof. Dr. Bernhard Ronacher und Prof. Dr. Andreas V.M. Herz, Telefon: (030) 2093 8806, - 9103, bernhard.ronacher@rz.hu-berlin.de, a.herz@biologie.hu-berlin.de
