Vogelgehirne synchronisieren sich beim Duettgesang

Gesangszentren im Gehirn von Webervögeln feuern beim gemeinsamen Singen im Takt

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Bei den Mahaliwebern beginnt das Männchen oder das Weibchen mit seinem Gesang und der Partner setzt zu einem bestimmten Zeitpunkt ein. Schließlich singen beide alternierend und äußerst präzise aufeinander abgestimmt im Duett. Ein Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Seewiesen hat mit mobilen Sendern gleichzeitig neuronale und akustische Signale im Duett singender Vogelpaare in ihrem natürlichen Lebensraum aufgenommen.

Mahaliweber leben im südlichen und östlichen Afrika in kleinen Gruppen in einem Baum zusammen. Jedes Tier hat ein Schlafnest mit einem Ein- und Ausgang. Das Brutnest ist leicht daran zu erkennen, dass ein Gang geschlossen ist, damit die Eier nicht herausfallen. Neben dem dominanten Paar gibt es bis zu acht weitere Tiere in der Gruppe, die dabei helfen, Nester zu bauen und die Jungtiere großzuziehen.

Alle Gruppenmitglieder verteidigen ihr Revier gegen rivalisierende Gruppen durch Duettgesänge des dominanten Paares und durch Chorgesänge zusammen mit den Helfern. Mahaliweber sind eine der wenigen Vogelarten, die im Duett singen. Es erfordert einiges an kognitiver Koordination der Individuen, um die Gesangssilben rhythmisch und synchron zu produzieren. Von den zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen einer solchen Leistung war bislang jedoch noch nichts bekannt.

„Mahaliweber können ihre komplexe Sozialstruktur nicht im Labor entwickeln, daher konnten wir die Mechanismen des Duettgesangs nur im natürlichen Lebensraum der Vögel untersuchen“, sagt Cornelia Voigt, eine der drei Erstautorinnen der Studie. Zusammen mit Technikern hat das Team am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen deshalb nur 0,6 Gramm schwere mobile Mikrofonsender entwickelt, die wie ein Rucksack auf dem Rücken eines Vogels befestigt werden und dessen Gesang aufnehmen.

Mit einem weiteren dort neu entwickelten, ein Gramm leichten Sender konnten die WissenschaftlerInnen darüber hinaus gleichzeitig und parallel zum Gesang auch die Gehirnaktivität von Tieren der Gruppe in ihrem natürlichen Umfeld erfassen. Dafür befestigten sie eine Antenne in der Nähe des Baumes der Gruppe, die bis zu acht Signale gleichzeitig empfangen konnte. Mithilfe einer externen Soundkarte und eines Laptops wurden diese Signale auf die Millisekunde genau synchronisiert aufgenommen.

Lisa Trost, Wissenschaftlerin der Abteilung Verhaltensneurobiologie, sagt: „Der Eingriff zur Befestigung der Implantate für die neuronalen Messungen auf dem Kopf der Tiere dauerte zum Glück nicht lange. Nach vollständiger Erholung konnte das jeweilige Tier schnell wieder in die Gruppe zurückgebracht werden und verlor so nicht seinen Sozialstatus.“ So hat das Team fast 650 Duettgesänge aufgenommen. In vielen Fällen begannen die Männchen mit dem Gesang, der jeweils andere Partner fiel nach einigen Silben ein. Dann folgten sehr rasch aufeinander und perfekt abgestimmt die Duett-Silben des Paares. Die Analyse ergab, dass sich die Vögel nach den anfänglichen Gesangsilben mit einer Genauigkeit von einer Viertelsekunde beim Singen abwechselten.

Der Gesang von Singvögeln wird von einem Netzwerk von Gehirnkernen gesteuert, dem sogenannten vokalen Kontrollsystem. In einem dieser Kerne, dem HVC, löst bei dem Vogel, der mit dem Singen beginnt, der Einsatz des Partnervogels eine Änderung der neuronalen Aktivität aus, die sich wiederum auf seinen eigenen Gesang auswirkt. Die Folge ist eine präzise Synchronisation der Gehirnaktivität beider Vögel. „Der rhythmische Duettgesang der Individuen wird durch eine Sinnesinformation erreicht, die vom Duettpartner stammt“, sagt Manfred Gahr, der die Studie geleitet hat. Die beiden Gehirne der Partner bilden zusammen ein Netzwerk, das wie ein erweiterter Schaltkreis funktioniert, um das zeitliche Muster für das Duett zu organisieren. Die Forscher vermuten, dass ähnliche Mechanismen auch für die Bewegungskoordination während sozialer Interaktionen beim Menschen zuständig sind, wie z. B. beim Tanzen mit einem Partner.

Max-Planck-Gesellschaft