Radiotelemetrie

Funksender sind so winzig geworden, dass man Vögel und Insekten damit ausstatten kann. So werden sie zu fliegenden Kundschaftern. Bald schon sollen sie uns vor Seuchen und Umweltkatastrophen warnen.

Sollten sich demnächst Bienen oder Schmetterlinge in Ihre Wohnung verirren, so behandeln Sie sie bitte respektvoll – die Insekten könnten im Auftrag der Wissenschaft unterwegs sein. Die immer weiter fortschreitende Verkleinerung der Elektronik macht nämlich auch vor Insekten nicht halt, und so könnte es sein, dass Forscher die winzigen Tiere mit noch winzigeren Sendern ausgestattet haben.

Mithilfe fliegender Kundschafter nämlich wollen die Forscher Großes erreichen. So hoffen sie auf ein biologisches Frühwarnsystem für Naturkatastrophen, sie wollen nach Reaktorunfällen großräumig die Verseuchung überprüfen, und selbst die Ausbreitung gefährlicher Epidemien wie Ebola oder Vogelgrippe hoffen sie mit dem Einsatz elektronisch aufgerüsteter Tierchen stoppen zu können.

Bis die Forscher überhaupt in Sichtweite dieser ehrgeizigen Ziele gelangten, mussten sie allerdings lange an der Überwachungstechnik für frei lebende Tiere feilen. So markiert man seit rund 100 Jahren Vögel mit Metallringen. Das liefert Informationen über Wanderwege, Winterquartiere, Zugzeiten und Zugformen – allerdings nur recht grobe, denn lediglich ein winziger Teil der beringten Tiere wird überhaupt wiedergefunden. Über individuelle Flugrouten, Abstecher, Pausen oder Lebensgewohnheiten der Vögel erfährt man leider nichts.

Seit etwa 50 Jahren setzen die Forscher daher Sender und Peilantennen zur Beobachtung von Tieren ein – die sogenannte Radiotelemetrie. Mit Telemetrie-Sendern verfolgen sie nicht nur die Wanderbewegungen der Tiere, sondern überwachen sogar ihre Aktivitäten. Wie eine Art Fahrtenschreiber protokollieren die Sender physiologische Parameter des Tieres wie Herzfrequenz oder Hirnströme. Daraus können die Wissenschaftler das Verhalten ihres Schützlings rekonstruieren: Sie wissen, wann er schläft, frisst oder Sex hat, und erhalten so ganz neue Einblicke in die tierischen Lebenswelten.

In den ersten Jahren der Radiotelemetrie beschränkten sich die Wissenschaftler auf große und starke Tiere, denn diese mussten in der Lage sein, kiloschwere Halsbandsender und Peilantennen zu tragen. So gelang es zu verfolgen, wie rumänische Wölfe an verängstigten Haushunden vorbei nachts durch Wohnblocks zogen oder wie Wale rund um den Globus schwimmen, als sei die ganze Erde ihr Wohnzimmer.

Heute sind die Peilgeräte der Forscher viel dezenter. So hat Martin Wikelski, Direktor am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell, inzwischen sogar Monarchfalter mit Radiosendern ausgestattet – und das, obwohl die Falter selbst nur 600 Milligramm wiegen. Der Hightech-Sender ist winzig wie eine kleine Ameise und nur 200 Milligramm schwer. Mit einem Spezialkleber wird er unter dem Hinterleib des Falters angebracht. Sein schwerstes Teilstück ist eine handelsübliche Hörgeräte-Batterie, die ihm die Energie zum Transfer der Daten liefert.

Erstmalig ist es damit gelungen, Schmetterlinge über eine weite Strecke zu verfolgen – denn folgen müssen ihnen die Forscher immer noch. Mit dem Auto oder Kleinflugzeug hasten sie hinter ihrem Untersuchungsobjekt her, da sie sonst das schwache Signal des winzigen Senders verlieren. Und das ist der große Nachteil der Radiotelemetrie: Gerade die kleinsten Tiere muss man mit dem größten Aufwand verfolgen. Großflächige Untersuchungen sind noch nicht möglich.

Ihre Hoffnungen setzen die Forscher daher in die Satelliten-Telemetrie. Seit etwa dreißig Jahren ist es nämlich möglich, Tiere vom Himmel aus über Satellit zu beobachten. Ein großer Fortschritt – denn dabei müssen die Forscher ihnen nicht mehr hinterhereilen. Tragen die Tiere einen Sender mit eingebautem GPS bei sich, können sie sogar ihre eigene Position unablässig zum Satelliten hinaufmelden, der sie wiederum an die Bodenstation der Forscher weiterleitet.

Das Problem bei dieser Methode ist allerdings die Größe der Sender: Die leichtesten wiegen etwa 20 Gramm – zu viel für kleine Vögel oder Insekten. Denn fünf Prozent des Tiergewichts darf der Sender bei größeren Tieren nicht übersteigen, sonst verfälscht er ihr Verhalten. Kleinere Tiere können, relativ gesehen, schwerere Lasten tragen, aber natürlich trotzdem nicht viel. »Erst in vielleicht zehn bis 20 Jahren könnten wir in der Lage sein, wesentlich leichtere Sender zu bauen«, schätzt Ulrich Walter, ehemaliger Astronaut, heute Professor für Raumfahrttechnik an der TU München und Spezialist für die Beobachtung der Erde aus dem All.

Immerhin sind die Sender leicht genug, um von einem großen Vogel getragen zu werden. So wurde 1994 die Weißstorchdame »Prinzesschen« mit einem Sender ausgestattet und bis zu ihrem Tod zwölf Jahre später beobachtet – wie sie jährlich auf ihrer Reise zur Südspitze Afrikas über 10 000 Flugkilometer zurücklegte, eine der weitesten Strecken, die ein Zugvogel überhaupt unternimmt. Wie sie 30 Jungstörche aufzog, sechsmal ihren Partner wechselte und wie sie einen Geschwindigkeitsrekord von 80 km/h aufstellte.

Für kleinere Tiere kann man Satellitensender ohne GPS nutzen. Die sind zwar leichter, bringen aber das Problem mit sich, dass nun die Forscher die Position der Tiere vom Satelliten aus messen müssen. Dazu brauchen sie einen Satelliten mit großen Empfangsantennen und müssen diese zudem genau auf das verfolgte Tier ausrichten. Demnächst soll ein Testsatellit gestartet werden. »Wenn wir Glück haben und alles funktioniert, empfängt der Testsatellit die Signale und kann gleich richtig in Betrieb gehen«, hofft Walter.

Doch auch ohne GPS sind die Sender für Insekten immer noch zu schwer. Forscher der Universität Würzburg gehen deshalb einen ganz anderen Weg: Sie wählen handelsübliche RFID-Chips, um Bienen zu markieren. Die RFID-Chips sind klein, billig und sollen in Zukunft einmal dazu dienen, alle Waren zu kennzeichnen, von der Milchtüte bis zum Schokoriegel. Solch ein Chip ist nur einen Quadratmillimeter groß und wiegt nicht mehr als 2,4 Milligramm – selbst für eine Biene von 90 Milligramm ist das eine tragbare Last. Mit Schellack befestigten die Forscher den mikroskopischen Chip auf dem Rücken der Insekten.

Zum Senden aktiviert wird dieser Chip durch ein Lesegerät, das direkt am Eingang des Bienenstocks montiert ist. Es registriert die Bienen beim Verlassen oder Betreten des Stocks und gibt Auskunft über die Aktivität der einzelnen Tiere. So erfuhren die Forscher beispielsweise, dass der Befall mit einer bestimmten Milbenart zu verminderter Lernfähigkeit und einer Einschränkung des Kurzzeitgedächtnisses führt – denn die betroffenen Bienen fanden nach Sammelflügen teilweise nicht wieder zum Nest zurück.

Die Forscher arbeiten nun daran, die Bienen zur Kontrolle von Schadstoffbelastungen einzusetzen: Kehrt die Biene von ihrem Ausflug zurück, streift sie in einem künstlichen Engpass einige ihrer Pollen ab, die sofort chemisch analysiert werden. Sind die Pollen mit Schadstoffen belastet, kann die Biene im Stock weiterverfolgt werden. Mit Infrarotkameras wird der Schwänzeltanz aufgenommen, den sie aufführt, um ihren Artgenossinnen zu verraten, wo sie ihre Pollen gefunden hat. Ein Computer wertet den Tanz aus und rekonstruiert so Flugroute und Sammelort der Biene.

So können nicht nur Belastungen mit Herbiziden, Pestiziden und anderen Giftstoffen gemessen werden, es lässt sich auch feststellen, wo gentechnisch manipulierte Pflanzen wachsen. Sogar ein Einsatz in Katastrophengebieten ist vorstellbar, etwa bei einem Chemie- oder Reaktorunfall. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass ein Bienenvolk bis zu 400 Quadratkilometer flächendeckend absucht, ohne eine Blüte auszulassen. Herkömmliche Methoden liefern nur lückenhafte Stichproben – und zudem müssen sich Menschen in verseuchte Gebiete begeben, um die Proben zu ziehen.

Noch größere Hoffnungen setzen die Wissenschaftler allerdings in den Einsatz der Telemetrie. So könnten Vögel in schwer zugänglichen Gebieten der Erde Daten zur Klimaveränderung sammeln: Schneegänse zum Beispiel, die in der Arktis den Sommer verbringen, könnten dort Luftmessungen vornehmen. Und einen Albatross mit Sender auszustatten ist einfacher und billiger, als etwa einen Helikopter in den Mittelpazifik zu schicken.

Sind das Zugverhalten und die Flugrouten von Vögeln erst einmal umfassend bekannt, könnte auch der Flugverkehr sicherer werden. Schließlich meldet allein die deutsche Flugüberwachung jährlich knapp 1000 Vogelschläge. Bei etwa einem Drittel der Fälle kommt es zu Beschädigungen der Maschinen. Erst im Januar 2009 musste ein Airbus A320 im New Yorker Hudson River notlanden, nachdem ein Schwarm Gänse gleich in beide Turbinen geraten war.

Eine zuverlässige Vorhersage des Vogelzugs könnte auch helfen, den Gifteinsatz in der konventionellen Landwirtschaft zu senken: Denn wo Vögel rasten, da picken sie auch Schädlinge von den Pflanzen.

Denkbar wären auch Prognose und Eindämmung von Epidemien wie Ebola oder Vogelgrippe. Denn eine Epidemie lässt sich gut bekämpfen, wenn man erst einmal die Übertragungsmechanismen und Ausbreitungsmuster kennt. So könnten mit Sendern ausgestattete Gänse in bekannten Vogelgrippe-Gebieten Hinweise auf das Virus geben: etwa durch schlagartig geänderte Verhaltensmuster bis hin zum plötzlichen Tod mehrerer Tiere.

Genau genug überwachte Tiere könnten schließlich sogar den heiligen Gral der Prognose knacken: die Erdbebenvorhersage. Viele Tiere haben nämlich empfindliche Sensoren und reagieren seltsam vor einem Erdbeben. »Großflächige verrückte Reaktionen von Tieren wären das beste Frühwarnsystem«, sagt Martin Wikelski. Sind diese Tiere in den Risikogebieten mit Sendern ausgestattet, könnten Experten so ein auffälliges Verhalten rechtzeitig erkennen. »Mit solchen billigen biologischen Frühwarnsystemen würde es uns viel besser gehen«, prophezeit Wikelski.

Für die Zukunft sollten wir uns deshalb einen neuen Umgang mit unseren geflügelten Mitbewohnern angewöhnen: Lieber zweimal hinsehen, ehe wir zur Fliegenklatsche greifen – denn der Brummer an der Wand könnte als Kundschafter der Menschheit unterwegs sein.