Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Vorstellung der Schlüsselarten aus dem Mittelmeer

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Dr. Robert Hofrichter
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Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Dr. Robert Hofrichter » 19 Dez 2010 12:56

Vom Robbenhaar zum Sensor: Wie Robben sicher ihre Beute finden und Konstrukteuren technische Lösungen liefern

Bei den Recherchen zum Baustein Nr. 119 - der Top-Stein in unserem virtuellen Mittelmeer im Wert von 20.000,- EUR (noch zu haben :) http://www.mare-mundi.eu/bausteine/ ) - hat sich die Redaktion auch mit den Vibrissen der Robben beschäftigt. Und das ist wahrlich ein faszinierendes Thema. Denn Robben "sehen" mit ihren Tastborsten, auch wenn die anderen Sinnesorgane ausgeschaltet sind ...

:arrow: http://www.tagesspiegel.de/zeitung/vom- ... 80430.html

BildWirbel um Robbenhaare. Die Strömung hinter einem vorbeischwimmenden Fisch zeigt eine komplizierte Wirbelstruktur (blau), die mehrere Minuten bestehen bleibt. Trifft der Wirbel auf die Robbenhaare, bewegen diese sich. Die Robbe weiß daher, in welche Richtung der Fisch schwimmt und kann ihn jagen.Foto: G. Dehnhardt

Robben sind geschickte Jäger. Doch welche Sinnesleistungen ermöglichen es diesem Meeressäuger, die schnellen Fische wahrzunehmen, sie zu verfolgen und dann zielsicher zu fangen? Mit dieser Fragestellung begann die Arbeitsgruppe für sensorische und kognitive Ökologie unter der Leitung von Guido Dehnhardt vor einigen Jahren mit umfangreichen Untersuchungen zu den sensorischen Leistungen von Seehunden. Diese werden heute im Marine-Science-Center an der Universität Rostock (Hohe Düne) fortgesetzt.

Bei der Jagd der speziell trainierten Tiere auf ein ferngesteuertes Fischmodell stellte sich bald heraus, dass die Robben selbst unter Ausschluss ihres Hör-, Seh- und Riechvermögens problemlos die Beute wahrnehmen und verfolgen können.

Erst bei einem erzwungenen Anlegen der Barthaare (Vibrissen) bleibt die Jagd erfolglos. Die nachfolgenden Versuche zeigten dann eindeutig: Es ist die auf die Barthaare auftreffende Wirbelspur eines Beutefisches im Wasser, die es der Robbe ermöglicht, eine Verfolgung aufzunehmen. Nun sind die Barthaare der untersuchten Robbenart eine Besonderheit unter den Vibrissen. Nicht nur ihr Querschnitt ist oval, wie etwa auch bei einem Seelöwenbarthaar, sondern es zeigt sich auch eine Welligkeit in Längsrichtung, die dem Barthaar eine einmalige, ausgeprägte dreidimensionale Form gibt. Doch wie gelingt es einer Robbe, die vergleichsweise schwache Wirbelstruktur trotz unzähliger Strömungen zu erkennen? Die Eigenbewegung der Robbe führt zum Beispiel bei der Umströmung von zylindrischen Strukturen selbst fortlaufend zur Schaffung von Wirbeln. Die Antwort auf diese Frage liegt in der welligen Struktur der Haare begründet. Bedingt durch die dreidimensionale Form der Haare kommt es zu einer Unterdrückung der selbst erzeugten Wirbelstraße am Barthaar. Das Barthaar wird deshalb nur noch von den externen Wirbeln, beispielsweise denen aus dem Nachlauf des Beutefischs, angeregt und ist so als Messsystem für externe Wirbel optimal ausgelegt.

Die experimentellen Strömungsanalysen an den Barthaaren erfolgen im Strömungstechniklabor der Universität Rostock im Rahmen eines gemeinsamen DFG-Projekts im Schwerpunktprogramm 1207 „Strömungsbeeinflussung in Natur und Technik“. Hier steht mit einer speziell konzipierten Anlage eine berührungsfreie optische Messtechnik zur Ermittlung mikroskopischer Geschwindigkeitsfelder zur Verfügung. Ein Alleinstellungsmerkmal dieses Aufbaus ist die Möglichkeit, alle drei Komponenten des Geschwindigkeitsvektors als Vektorfeld mit mehr als 1000 Messpunkten auf einer Fläche bis hinunter zu einem Quadratmillimeter zu messen. Ziel ist es, nicht nur die Strömungsvorgänge an einer Robbenvibrisse zu analysieren, sondern auch, den Wirkungsmechanismus der Wirbelunterdrückung auf strömungsmechanische Anwendungen zu übertragen.

Immerhin gelingt es der Robbenvibrisse nach langem evolutionärem Optimierungsprozess, die störenden dynamischen Kräfte einer selbst erzeugten Wirbelstraße wirkungsvoll auszuschalten. Damit wird die dreidimensionale Vibrissenstruktur hoch interessant für maritime Anwendungen, bei denen dynamische Lasten aus der Umströmung ein entscheidender Konstruktionsparameter sind, wie sie heute bei Brückenpfeilern oder Fundamenten von Off-Shore-Plattformen vorkommen.

Erste Ergebnisse aus einer Kraftmessung an einer umströmten Robbenvibrisse, die am MarineScience-Center durchgeführt wurden, zeigen grundsätzlich die Wirksamkeit der dreidimensionalen Struktur der Vibrisse.

Mithilfe der Stereo-µPIV Messung im Strömungsmechaniklabor können nun das Geschwindigkeitsfeld und die Turbulenzeigenschaften des Nachlaufgebiets hinter einer Robbenvibrisse experimentell bestimmt werden. Da mit dem PIV-System eine große Zahl momentaner Geschwindigkeitsfelder ermittelt wird, ist es möglich, auch Aussagen über die turbulenten Schwankungsgrößen abzuleiten. Die experimentellen Ergebnisse zeigen tatsächlich eine Unterdrückung der störenden selbsterzeugten Wirbelstraße hinter dem Seehundbarthaar. In einer zukünftigen technischen Anwendung lässt sich dieser Effekt ausnutzen. Beispielsweise könnten bionische, also nach dem Vorbild des Seehundbarthaars konturierte Sensoren helfen, wirbelbasierte Durchflussmesssysteme in ihrer Genauigkeit zu verbessern. Diese sind beispielsweise in Heizungsanlagen weit verbreitet. Auch das Schwingen von frei hängenden Leitungen oder die Vibration von Antennen ließe sich mit einer dreidimensionalen Konturierung nach dem Vorbild der Vibrisse vermeiden.

In den kommenden Messungen werden die Auswirkungen der Konturierung der Vibrissen ebenso untersucht wie die Einflüsse der Anordnung der Vibrissen als Sensorensemble.

Dazu ist nicht nur die Konstruktion eines vollständigen Robbenkopfmodells geplant, sondern es werden auch eine Reihe Messungen mit den seit Mai 2008 in Hohe Düne lebenden Robben durchgeführt, die inzwischen in der Lage sind, den Beutefang auch unter Mitführung von Videomesstechnik durchzuführen. Auf diese Weise können die Bewegungen der Vibrissen während der Spurverfolgung „live“ beobachtet werden.

Die Autoren sind Wissenschaftler an der Universität Rostock: Martin Brede am Lehrstuhl Strömungsmechanik von Alfred Leder. Guido Dehnhardt, Institut für Biowissenschaften, ist Leiter der Arbeitsgruppe „Sensorische und kognitive Ökologie“.
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Re: Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Biberach » 19 Dez 2010 17:58

Das Thema ist zurecht äußerst interessant! Schon längere Zeit war bekannt, daß sich Robben bei der Jagd weniger auf den Sehsinn verlassen, da es in freier Natur durchaus auch Blinde Robben gab, die einen ansonsten gesunden Eindruck erweckten. Blinde Robben sind demnach gar nicht so selten, und wenn man die Revier- und Paarungskämpfe so mancher Robbenarten sieht, kann man sich auch gut vorstellen, wie solche schwerwiegenden Augenverletzungen Zustande kommen.
Seltsam erscheint jedoch, daß sich die Augen der Robben, ähnlich jenen der Wale und Tümmler, dem Leben Unter Wasser angepasst haben. Jeder kennt das, sobald ein Landlebewesen wie der Mensch den Kopf unters Wasser hält, ändert sich die Sehkraft. Unser Auge ist dafür geschaffen, die Lichbrechung vom Medium Luft ins Medium Auge zu überwinden. Bei Wasser/Auge wirds einfach unscharf. Deswegen hat der Mensch die Tauchmaske und die Schwimmbrille erfunden.
Robben hingegen haben ihre Linse angepasst, aufgrund deren Struktur können sie den Lichtbrechungsindex von Wasser/Auge wieder ausgleichen, und so sehen sie unter Wasser so scharf, wie wir an Land. Ich sage bewusst wie "Wir", denn diese Anpassung hat für Robben den Nachteil, daß sie eben an Land nicht mehr allzu gut sehen, hier sind sie ziemlich kurzsichtig. Und jetzt muss sich doch jedem die Frage aufdrängen: Warum? Warum diese Anpassung des Sehens an die Zeit unter Wasser, wenn doch der Sehsinn augenscheinlich nicht der entscheidende Sinn für die dortige Umwelt darstellt, sondern jenes eben der Tastsinn ist?
Die zweite Frage muss folglich auch lauten: WER hat das WIE herausgefunden? Ich meine, daß eine Vibrissen-lose Robbe verhungert? Wohl nur durch die experimentalische Beweisführung, indem einer (oder mehrerer) Robbe die Vibrissen entfernt wurden... Wo gehobelt wird..... :(

De fakto weiss man, daß sich Robben also lieber auf ihre Barthaare als den Sehsinn verlassen. Betrachtet man jene genauer stellt man fest, daß die Barthaare hochsensible Mechanorezeptoren darstellen, mit einer hohen Zahl an Nervenenden. Das ist insofern für die Forschung interessant, weil der Tastsinn in der Robotik oder der Bionik noch kaum eine Rolle spielt. Die höchstentwickelten Forschungsmaschinen wie Weltraumsonden und Tiefsee-Roboter (oder auch ROVs) setzen primär auf den Sehsinn (Kamera + Bildschirm) oder den Hörsinn (Mikrofon + Lautsprecher). Manchesmal kann man auch schon von einer Art Geruchssinn sprechen, gerade Polizei- und Armee-Roboter, die zur Sprengsatz-Entschärfung eingesetzt werden, besitzen oft mechanische Chemorezeptoren, um diverse Stoffe und die davon ausgehende Gefahr zu erkennen.
Aber der Tastsinn ist bisher aussen vor. Bisher, denn die Einsatzmöglichkeiten sind durchaus gegeben:
http://www.bionik-zentrum.de/default.as ... &newsid=89
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Re: Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Caro » 19 Dez 2010 19:47

Da war vor nicht allzu langer Zeit eine Dokumentation im TV über so eine Versuchsanordnung mit einer Robbe !
Mal wieder ich :oops: ... ich denke es war ein Seehund ...
und ich war nur noch überwältigt, wie dieses Versuchtier ein wahrer Partner der Forscher war und welche Intelligenz und Kooperation er bei den gestellten Aufgaben zeigte !!!

:( Dem mussten sie aber nicht die "Schnurrhaare" ziehen --- er ließ sich die Tasthaare an"tapen", wie auch die Augen verbinden etc. und hat immer "brav" gemeldet", was er "gerochen" hat bzw. eine klare Entscheidung zwischen ja/nein angezeigt, wenn es aus seinem Verhalten nicht schon ersichtlich war.

Liebe Grüße
Caro
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Re: Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Dr. Robert Hofrichter » 19 Dez 2010 21:31

Caro hat geschrieben:Mal wieder ich :oops: ... ich denke es war ein Seehund ...
Keine Sorge, liebe Caro, Robbe stimmt schon! Denn dass ist der allgemeine Ausdruck für die Pinnipedia, also alle "Flossenfüßer". Egal ob es sich um Seehunde, Mönchsrobben, Ohrenrobben oder Seeelefanten handelt, sie alle sind Robben ...

Danke übrigens für die spannenden Beiträge!!! :)
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Re: Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Biberach » 20 Dez 2010 00:37

um noch ein paar Robben zu nennen: Seelöwe, Seebär, Seeleopard, Walross und die größten Robben, die See-Elefanten. Und natürlich alles, was auf -robbe endet. (und noch andere).

Dass es sich dabei in erster Linie um bestens angepasste Wasser-Raubtiere handelt, wird gerne ausser Acht gelassen, gerade, wenn man Hai und Robbe in einem Satz hört, weiss man eigentlich sofort, an welcher Stelle der Nahrungskette der jeweilige steht....
Muss aber nicht immer so sein, wenn man mal dieses Bild eines Seelöwen und eines Hais betrachtet

http://www.sharkinformation.org/photo/s ... 242454273/
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Re: Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Dr. Robert Hofrichter » 20 Dez 2010 08:39

Biberach hat geschrieben:Dass es sich dabei in erster Linie um bestens angepasste Wasser-Raubtiere handelt, wird gerne ausser Acht gelassen,
... da gibt es sogar verblüffende Nahrungsspezialisten, die mit ihren Zähnen Plankton aus dem Wasser filtern ... http://de.wikipedia.org/wiki/Krabbenfresser oder auch einen bemerkenswerten Wechsel zwischen Juvenilen und Adulten in der Ernährung ...
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Re: Mit den Haaren sehen: Wie Robben sicher ihre Beute find

Beitrag von Biberach » 20 Dez 2010 11:17

hehehe "Generell bleibt zu sagen, daß man in der Natur niemals von "Generell" sprechen kann..."

Den Krabbenfresser kannte ich bis jetzt noch nicht, hab wohl schon von ihm gehört, aber daß es sich dabei um Krill handelt, und nicht um gewöhnliche Krabben oder Decapoda, toll!? Wieder was gelernt! :thx:

Gehört jetzt nicht unbedingt hierher, aber bei Haien gibts ja auch diese Besonderheit der Filtrierer, und jeder kennt zumindest einen davon, den Riesenhai, den Walhai oder den Megamouth.

Doch gibt es noch einen vierten, der bei Abwesenheit von der gewöhnlichen Nahrung eben auch aufs Plankton zurückgreifen kann: Der Blauhai!

Hier handelt es sich keinesfalls um eine Änderung des Nahrungsspektrums mit zunehmendem Alter, sondern um eine Anpassung an andere Nahrung als Ersatz. Beim Krabbenfresser muss sich im Laufe der Zeit eine Wandlung vollzogen haben, um an die reichlich und relativ leicht verfügbare Nahrung Krill zu gelangen. Interessant finde ich jedoch den Absatz, über diese "reversible" Anpassung. So erbeutet er wohl in der freien Natur auch kleine Fische und Weichtiere. In Gefangenschaft kann man ihn jedoch an größere Fische wie Makrelen oder Sardinen gewöhnen!
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