Botschaften bei der Balz belauschen

Männliche Mäuse geben während Balz und Paarung komplexe Laute von sich, die für Menschen nicht hörbar sind. Um der Funktion dieser Klänge auf die Spur zu kommen, musste das Team um Verhaltensbiologe Dustin Penn zunächst Methoden entwickeln, um die Gesänge im Ultraschallbereich zuverlässig aufzuzeichnen und auszuwerten. Dabei zeigte sich, dass bei Mäusen nicht nur Duftstoffe für die Partnerwahl wichtig sind.

Biologie & Medizin

15. November 2021

Ein Liedchen trällern, um das Interesse der Angebeteten zu wecken? Dieser Lockversuch ist auch unter Hausmäusen beliebt. Die Männchen geben während Balz und Paarung komplexe Laute von sich, die Vogelgezwitscher ähneln. © Bettina Wernisch/VetMed Wien

Einige Tiere singen, um zu werben: Wale tun es für uns unhörbar unter Wasser, leichter ist frühmorgens die Vielfalt von Vogelgezwitscher wahrnehmbar. Inzwischen wissen wir, dass auch Mäusemännchen mehr als nur quietschen können. Vor vielen Jahren waren Forschende des Konrad-Lorenz-Instituts unter den Ersten, die das für den Menschen unhörbare Spektrum der Ultraschallrufe von Labormäusen während Balz und Paarung aufzeichneten. Seit rund 15 Jahren ist bekannt, dass diese Lautfolgen ähnlich komplex sind wie der Gesang von Vögeln. Tatsächlich klingen die Ultraschallvokalisationen (USV) von Mäusen sogar ähnlich wie Vogelzwitschern, wenn man sie so verlangsamt, dass sie hörbar werden, erklärt Dustin Penn vom Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensforschung der Veterinärmedizinischen Universität Wien (VetMed). Gemeinsam mit Sarah Zala und Studierenden der VetMed führte der Verhaltensbiologe erste Studien mit wilden Hausmäusen durch, die in einem Forschungsprojekt, unterstützt vom Wissenschaftsfonds FWF, mündeten. Das Ziel: die verhaltensbiologische Funktion der Gesänge zu verstehen.

Um überhaupt mit wilden Hausmäusen arbeiten zu können, mussten zunächst die Elterntiere in Pferdeställen gefangen werden. Gearbeitet wurde dann mit den Nachkommen, um die Bedingungen kontrollieren und Parameter wie Lebensalter und Verwandtschaft überblicken zu können. Es ist schwierig, eine wilde Hausmaus in Sing-Laune zu bringen, erklärt Dustin Penn. Hierzu wurden im Rahmen des Forschungsprojektes wichtige Erkenntnisse gesammelt.

Die Audioanalyse automatisieren

Das Team zeichnete die USV der Mausmännchen auf, charakterisierte sie und spielte die Aufzeichnungen weiblichen Mäusen vor, wobei das Verhalten und der Paarungserfolg der Tiere beobachtet wurde. Ein wichtiges Ergebnis dieser „Lauschangriffe“ im Dienst der Wissenschaft ist, dass sich die Männchen anhand ihrer Lautäußerungen identifizieren lassen. In diesen Studien wurde herausgefunden, dass die Weibchen sich stärker zu Männchen der eigenen Spezies hingezogen fühlen und zu den Rufen nicht verwandter Männchen im Vergleich zu ihren eigenen Brüdern. Um zu erforschen, wie die USV-Botschaften funktionieren und wozu sie dienen, musste das Unhörbare zunächst zuverlässig aufgezeichnet und anschließend automatisiert ausgewertet werden.

Visuelle Darstellung Audiodaten — Audiodaten visualisiert: Die Ultraschallklänge (USV) der wilden Hausmaus. © Penn Lab/VetMed Wien

Das Belauschen der Balzrufe umzusetzen war eine technische Herausforderung. Zum einen musste mit speziellen Mikrofonen und Lautsprechern im Ultraschallbereich gearbeitet werden. Die Auswertung der Lautäußerungen in Form von Spektrogrammen (eine bildliche Darstellung der Amplitude verschiedener Frequenzen in Abhängigkeit von der Zeit) ist anspruchsvoll und zeitintensiv und wird in den meisten Studien noch manuell erfasst. Zehn Minuten aufgezeichnete Mäuserufe können bis zu tausend einzelne USV enthalten, die wiederum in Länge, Schwingung und Lautstärke variieren. Diese zu klassifizieren dauert Stunden. Um bessere Methoden zur Charakterisierung der gesammelten Aufzeichnungen zu entwickeln, arbeitete das Team eng mit Peter Balazs vom Institut für Schallforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften zusammen. „Gemeinsam haben wir mit dem Automatic Mouse Ultrasound Detector (A-MUD) ein neues Tool entwickelt, um USV automatisch zu erkennen und aufzuzeichnen. Gerade arbeiten wir an einem Tool, das die USV-Spektrogramme automatisch klassifiziert, was Auswertung und Analyse effizienter machen wird“, so Penn.

Detektorgrafik — Der Automatic Mouse Ultrasound Detector (A-MUD) ist ein neues Werkzeug, das USV automatisch erkennen und aufzeichnen kann. © Penn Lab/VetMed Wien

Akustischer Fingerabdruck und Paarungserfolg

Warum übermitteln Mäuse solche Informationen überhaupt im Ultraschallbereich? Einige Raubtiere sind sehr wohl in der Lage, die Laute zu hören. Tatsächlich liegt es an ihrer Körpergröße: Der geringe Abstand zwischen den Ohren bewirkt, dass sie nur Geräuschquellen mit niedrigen Wellenlängen genau lokalisieren können. Für Nager und Fledermäuse bietet sich deswegen Ultraschall an, während Elefanten sogar Infraschall verwenden können: sehr tiefe, langwellige Frequenzen, die über weite Distanzen transportiert werden.

Mit dem Belauschen der Balzrufe ist es dem Team von Dustin Penn bereits gelungen, Beweise für individuelle Signaturen, also einen „akustischen Fingerabdruck“ individueller Männchen, zu erbringen. Bisher war man davon ausgegangen, dass die Tiere sich untereinander vor allem am Geruch erkennen: „Wenn wir versuchen zu verstehen, wie Tiere ihre Partner suchen, und dafür nur Lockstoffe analysieren, verpassen wir wichtige Botschaften“, sagt der Spezialist für Pheromone und Partnerwahl. Ein zweites wichtiges Ergebnis ist, dass die Mäusemännchen ihre Laute anpassen: Die Dauer und Komplexität der Balzrufe war höher, wenn Männchen und Weibchen nicht miteinander verwandt waren, was letztlich wichtig für den Paarungserfolg ist.

In einem Folgeprojekt geht es nun darum, wie die Mäuse zwei unterschiedliche Sinneswahrnehmungen, Geruchs- und Audiosignale, im Gehirn integrieren und für die Partnerwahl nutzen. In einem weiteren FWF-Projekt soll es darum gehen, wie die Mäuse USV verwenden, um Individuen zu identifizieren.

Zur Person

Dustin Penn studierte Biologie mit Schwerpunkt Zoologie an den Universities of Central Oklahoma, Florida und Utah (USA), 2004 habilitierte er am Department für Zoologie der Universität Wien. Von 2002 bis 2014 war er Leiter des Konrad-Lorenz-Instituts für Vergleichende Verhaltensforschung der Veterinärmedizinischen Universität Wien, seit 2015 ist er ebendort Gruppenleiter am Department für Interdisziplinäre Lebenswissenschaften. Das Grundlagenprojekt „Die adaptive Funktion von Ultraschallgesängen bei Mäusen“ (2015–2020) wurde vom Wissenschaftsfonds FWF mit 338.000 Euro gefördert.