Schnurrhaare zeigen die Windrichtung an

Dieses Video verdeutlicht das Versuchssystem. Rechts ist sichtbar, aus welcher Richtung der Wind wehte (gelb). Credit: Northwestern University.

Woher kommt dieser Duft? Um Geruchsquellen zu lokalisieren, besitzen viele Säugtiere ein erstaunlich feines Gespür für die Windrichtung. Nun sind Forscher erstmals genau der Frage nachgegangen, worauf diese Fähigkeit eigentlich beruht. Ihren Experimenten mit Ratten zufolge sind offenbar die Schnurrhaare wichtige Antennen für die Bestimmung der Windrichtung. Dieses sensorische Konzept könnte sogar für die Robotik interessant sein, sagen die Forscher.

Katzen, Hunde, Nagetiere... Sie alle besitzen an ihrer Schnauze spezielle lange Gebilde – die Schnurrhaare, die in der Fachsprache Vibrissen genannte werden. Klar ist: Es handelt sich um raffinierte Sinnesorgane. An ihrer Basis sitzen Nerven, die feine Bewegungsreize des Haars erfassen und an das Gehirn übertragen. Auch im Dunkeln können die Tiere damit Zusatzinformationen über ihre Umgebung gewinnen.

Klar war ebenfalls, dass Luftbewegungen die langen Haare in Bewegung beziehungsweise Vibration versetzen können. Somit erschien es möglich, dass sie an der Bestimmung von Windrichtungen beteiligt sind. Dieser Frage sind die Forscher um Mitra Hartmann von der Northwestern University in Evanston nun erstmals konkret nachgegangen. Als Versuchstiere suchten sie sich dazu Ratten aus. Ihnen zufolge lassen sich die Ergebnisse aber wohl auch auf andere Tiere mit Schnurrhaaren übertragen, denn das Grundkonzept der langen Schnauzen-Haare ist bei allen ähnlich.

Von welchem Loch aus weht der Wind?

Um das Gefühl für die Windrichtung bei den Nagern zu untersuchen, entwickelten die Forscher ein cleveres Versuchssystem: Es handelte sich um eine Art Arena, auf deren einer Seite sich ein Eingang für die jeweilige Versuchs-Ratte befand. Gegenüber lagen fünf Schlupflöcher, über die die Forscher jeweils einen Luftzug erzeugen konnten, der auf die Ratte am Eingang gerichtet war. Die intelligenten Tiere lernten schnell, dass nur der Gang unterhalb des Loches, aus dessen Richtung der Wind wehte, zu einer Futterstelle führte.

Es zeigte sich: Sie wählten schließlich mit mindestens 60-prozentiger Sicherheit das korrekte Schlupfloch anhand der Windrichtung aus. Nun gingen die Forscher zu der eigentlichen Frage über, welche Rolle die Schnurrhaare bei dieser Fähigkeit spielten. Die Versuchstiere mussten dafür auf ihre Antennen verzichten: Die Forscher knipsten ihnen die nachwachsenden Haare an der Schnauze ab und wiederholten die Experimente mit den zuvor erfolgreichen Versuchstieren.

Dieses Video verdeutlicht das Versuchssystem. Rechts ist sichtbar, aus welcher Richtung der Wind wehte (gelb). Credit: Northwestern University.

Schnurrhaare sind Wind-Antennen

Wie die Auswertungen dokumentierten, ging die Erfolgsrate der Tiere durch den Verlust der Schnurrhaare um 20 Prozent zurück. Dass die Ratten trotzdem immer noch häufiger als per Zufall auf das richtige Schlupfloche zusteuerten, erklären die Forscher durch eine gewisse Flexibilität der Tiere bei der Nutzung anderer Sinnesreize. Vermutlich verlassen sie sich hauptsächlich auf die Informationen ihrer Schnurrhaare. Wenn sie ihnen allerdings fehlen, könnten auch Haarbewegungen des Fells, oder der Luftzug auf Augen, Ohren oder Schnauze gewisse Hinweise über die Windrichtung geben, sagen die Wissenschaftler. "Die Ratten können auch andere Hinweise nutzen", sagt Co-Autor Chris Bresee, "aber sie verlassen sich normalerweise auf ihre Schnurrhaare".

Die Forscher wollen nun den genauen Mechanismen und Nervensignalen nachgehen, die der Erfassung der Windrichtung dienen. Ziel ist dabei, anhand des natürlichen Vorbilds künstliche Windsensoren zu entwickeln, die sich für die Robotik eignen. Beispielsweise könnten Erkundungs-Roboter von diesem Sinnessystem profitieren: "Die Merkmale des Luftstroms einschätzen zu können, ist besonders wichtig, wenn es darum geht, eine Geruchsquelle zu lokalisieren", sagt Hartmann. "So könnten sich beispielsweise Sprengstoffe, verborgene Chemikalien oder biologische Geruchsquellen besser ausfindig machen lassen", so der Wissenschaftler.

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