Singende Mäuse können Menschen und Singvögel als Gesangslerner beitreten

Mein Biologielehrer an der High School erzählte mir einmal, dass nichts in der Biologie außer für lebende und tote, und schwanger und nicht schwanger sei. Jede andere Variation existiere entlang eines Kontinuums. Unabhängig davon, ob der Anspruch technisch korrekt ist oder nicht, dient er dazu, ein wichtiges Merkmal des biologischen Lebens darzustellen. Das heißt, sehr wenig in der biologischen Welt fällt ordentlich in Kategorien. Eine heute in PLoS ONE von Gustavo Arriaga, Eric P. Zhou und Erich D. Jarvis von der Duke University veröffentlichte neue Erkenntnis fügt der Liste der Phänomene hinzu, die Wissenschaftler einst für kategorisch hielten, aber in der Tat nicht sein könnten.

Die Forscher waren sich einig, dass sich Tiere im Allgemeinen in zwei Kategorien einteilen: Sänger und Nicht-Sänger. Zu den Sängern zählen Singvögel, Papageien, Kolibris, Menschen, Delfine, Wale, Fledermäuse, Elefanten, Seelöwen und Robben. Was diese Arten gemeinsam haben - und was sie von den Nicht-Sängern der Tierwelt unterscheidet - ist, dass sie Gesangslerner sind. Das heißt, diese Arten können die Zusammensetzung ihrer Geräusche ändern, die vom Larynx (für Säugetiere) oder vom Syrinx (für Vögel) ausgehen, sowohl hinsichtlich der akustischen Qualitäten wie Tonhöhe als auch hinsichtlich der Syntax (der besonderen Reihenfolge der Teile des Liedes). Es ist vielleicht nicht überraschend, dass Singvögel und Papageien als Modelle für das Verständnis der menschlichen Sprache und des Spracherwerbs äußerst nützlich waren. Wenn andere Tiere, wie Affen oder nichtmenschliche Menschenaffen, Lautäußerungen erzeugen, sind sie immer angeboren, normalerweise reflexiv und nie gelernt.

Aber spiegelt die stimmliche Lerner / Nicht-Lerner-Dichotomie wirklich die biologische Realität wider? Vielleicht nicht. Es stellt sich heraus, dass Mäuse die Dinge komplizierter machen.

Erst in den letzten hundert Jahren wussten die Forscher, dass Mäuse als Teil ihres Paarungsprozesses vokalisieren. Der Grund, warum es den Wissenschaftlern so lange entgangen ist, ist, dass ihre Lautäußerungen nicht mit menschlichen Ohren gehört werden können. Im Jahr 2005 argumentierten Holy und Guo in einem Artikel in PLoS Biology, dass die von Mäusen erzeugten Ultraschallvokalisationen eher als Lieder als als Rufe gedacht werden sollten.

Viele Arten produzieren Rufe, und diese Rufe dienen unterschiedlichen Zwecken. Einige werden hauptsächlich für die Paarung verwendet, andere für die Anzeige von Nahrungsmitteln und wieder andere, um Gruppenmitglieder über Raubtiere zu informieren.Während manche Anrufe tatsächlich als musikalisch betrachtet werden können, neigen Wissenschaftler dazu, zwischen "Calls" und "Liedern" zu unterscheiden. Im Gegensatz zu Anrufen, die aus einzelnen (manchmal wiederholten) Silben bestehen, enthalten Lieder mehrere Silben, die in einer bestimmten (nicht zufälligen) Reihenfolge aufgebaut sind, häufig mit wiederholten Phrasen. Aufrufe sind in der Regel über mehrere Individuen einer bestimmten Art hinweg identisch, während Lieder sich von Sänger zu Sänger unterscheiden.

Die binäre Unterscheidung zwischen Sängern und Nicht-Sängern mag nicht so überzeugend sein, wenn sie nur auf beobachtbarem Verhalten beruht, aber es stellt sich heraus, dass sich die Dichtomie in der Neurobiologie widerspiegelt. Sowohl beim Menschen als auch bei Singvögeln gibt es spezielle neuronale Schaltkreise, die eindeutig mit dem Stimmlernen in Verbindung gebracht werden.

Mäuse hatten sich schon immer fest in der Gruppe "Gesang ohne Lernen" befunden, aber wenn Holy und Guo recht haben, wenn sie sich auf Mäusevokalisationen beziehen, so Arriaga und seine Kollegen, dann könnten sie dieselbe neurobiologische Signatur wie Vögel und Menschen aufweisen. Eines der markanten neurobiologischen Merkmale von Liedlernern ist eine Schaltung, die im motorischen Kortex auf der Oberseite des Gehirns beginnt und direkt auf den Teil des Hirnstamms projiziert, der das Stimmorgan kontrolliert. Laut Arriaga wurden diese Schaltkreise bei keiner anderen nicht singenden Spezies bisher beobachtet, "trotz über fünfzigjähriger Bemühungen, nach ihnen zu suchen, insbesondere bei stimmlichen nicht lernenden Vögeln und nichtmenschlichen Primaten."

Die Forscher entdeckten, dass Mäuse einen Gehirnkreislauf haben, der im primären motorischen Kortex beginnt, direkt auf den Teil des Hirnstamms projiziert, der für die Steuerung des Kehlkopfes verantwortlich ist, und vor allem aktiv ist, wenn männliche Mäuse singen. Im Vergleich zu Vögeln und Menschen besteht der Unterschied darin, dass die Schaltung schwächer und sparsamer ist. Es ist da, es ist einfach nicht so stark.

Wenn dieser Weg beim Singen von Vögeln oder Menschen unterbrochen wird, werden sie nicht mehr in der Lage, geübte Vokalisierungen (Lieder) zu erzeugen, können jedoch ihre angeborenen Vokalisierungen (Aufrufe) immer noch erzeugen. Arriaga wollte also sehen, was passieren würde, wenn er diese Schaltkreise in einigen Mäusen chemisch deaktiviert hätte. Während die beeinträchtigten Mäuse immer noch in der Lage waren, ihre Lieder zu singen, klangen sie nicht ganz richtig. Sowohl die Tonhöhe als auch die Häufigkeit ihrer Vokalisationen waren betroffen.

Ein weiterer Unterschied zwischen Sängern und Nicht-Sängern besteht darin, dass, wenn ein Sänger taub wird, seine Lieder (und seine Sprache für Menschen) schlechter werden, dasselbe gilt jedoch nicht für diejenigen, deren Vokalisationen angeboren sind. Betäubte Affen und nicht singende Vögel zeigen keine Einschränkung ihrer Fähigkeit, Gesang zu produzieren. Dies bedeutet, dass stimmliche Lernende ein akustisches Feedback benötigen, um ihre Lieder zu erhalten. Und wie Menschen und singende Vögel zeigten Mäuse, die betäubt wurden, eine allmähliche Verschlechterung der Qualität ihrer Lieder, ein Vorgang, der sich über mehrere Monate hinweg fortsetzte. Und angeborene taube Mäuse, die nie gehört hatten, waren schreckliche Sänger; Ihre Songs "klangen wie Quietschen und Schreie statt Pfeifen." Zusammen zeigen die Experimente mit künstlich und genetisch tauben Mäusen, dass sie Erfahrung benötigen, um ihre Lieder überhaupt zu lernen, und dass sie kontinuierliche Erfahrung benötigen, um sie zu erhalten.

Die Forscher stellten auch ganz zufällig fest, dass die verschiedenen Mäusestämme Lieder mit vorhersagbarer Tonhöhe hatten. In gewisser Weise hatten die verschiedenen Mäusestämme ihre eigenen Akzente. Sie hatten bereits gezeigt, dass Mäuse ein akustisches Feedback benötigen, um die akustischen Qualitäten ihrer Songs beizubehalten, aber nun fragten sie sich, ob sie diese Merkmale explizit ändern können. Mit anderen Worten, waren Mäuse zur stimmlichen Improvisation fähig? Könnten sie ihre Akzente anpassen? Um zu sehen, ob sie improvisieren könnten, haben die Forscher männliche Mäuse verschiedener Stämme in dieselbe Wohngegend gebracht. Vor dem Experiment unterschieden sich die Songs der beiden Stämme um mindestens sechstausend Hertz oder bis zu neuntausend Hertz. Nach acht Wochen hatten die Mäuse die Tonhöhe ihrer Songs angepasst und die Tonhöhenunterschiede um mindestens die Hälfte reduziert. Diejenigen, die mit einer höheren Tonhöhe begannen, senkten es im Laufe der Zeit, um sich an ihre neuen Nachbarn anzupassen, während diejenigen mit niedrigerer Tonhöhe die Tonhöhe ihrer Songs erhöhten. Einige der Paare reduzierten die Tonhöhenunterschiede auf weniger als fünfhundert Hertz.

Insgesamt haben die Forscher gezeigt, dass Mäuse alle Merkmale aufweisen, die traditionell mit gesangproduzierenden Vocale-Arten verbunden sind, aber auch, dass sie für jede dieser Eigenschaften nicht ganz so ausgereift oder fortgeschritten sind wie Menschen oder Gesangslernvögel. Auffallend ist jedoch, dass diese Merkmale, wie bisher angenommen, nicht völlig fehlen. Die strikte Dichotomie zwischen Sängern und Nicht-Sängern, genauer gesagt zwischen Gesangslernenden und Nichtlernenden, ist möglicherweise nicht so streng, wie es einmal gedacht wurde.

Stattdessen schlagen die Forscher vor, dass dieses Phänomen "entlang eines Kontinuums mit stimmlichen Mimik und einigen angeblichen nicht-lernenden Spezies in beiden Extremen" existieren könnte. Mäuse können einen Zwischenraum zwischen Spezies einnehmen, für die alle Lautäußerungen angeboren sind, und denjenigen, die Gesangslernenden ähnlicher sind, wie Menschen, Vögel, Wale und andere. Inwieweit Mäuse ihre Vokalisationen in ähnlicher Weise wie Menschen lernen, bedeutet jedoch, dass Wissenschaftler, die Störungen untersuchen, die Sprach- oder Sprachstörungen aufweisen, wie Autismus, Parkinson, Tourette und andere, sie als noch nützlicher empfinden eine vorbildliche Art. In Anbetracht der Allgegenwart der Maus in genetischen Laboratorien auf der ganzen Welt können sie allgemeiner nützlich werden, da Wissenschaftler die evolutionären Ursprünge der Sprache aufdecken.

Arriaga G, Zhou EP, Jarvis ED (2012) Von Mäusen, Vögeln und Männern: Das Mäuse-Ultraschall-Song-System weist einige Merkmale auf, die denen von Menschen und Vögeln ähneln. PLoS ONE 7 (10): e46610. Doi: 10.1371 / journal.pone.0046610

Header-Bild über Wikimedia Commons / George Shuklin.

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Die geäußerten Ansichten sind die des Autors und sind nicht notwendigerweise die.

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