Wie findet eine Fledermaus den Weg nach Hause, wenn sie die Augen verbunden hat? Der Neuroökologe Yossi Yovel von der Universität Tel Aviv arbeitet mit frucht- und insektenfressenden Fledertieren auf der ganzen Welt. Seine Gruppe stattet die Tiere mit Sendern und Mikrofonen aus, verfolgt ihre Flugbewegungen und wertet große Datenmengen auch mit Methoden des maschinellen Lernens aus. »Spektrum« sprach mit ihm darüber, wie manche Fledermäuse mithilfe akustischer Landkarten navigieren können und wie das Gehirn auf die eigenen Rufe reagiert.

Herr Yovel, Sie haben eine Fledermaushöhle im Labor. Wie kann ich mir das vorstellen?

Das ist schlicht ein dunkler Raum mit ganz viel … Fledermauskot, offen gesagt. An der Decke gibt es Stellen, an denen die Tiere hängen können. In unserer Kolonie leben Nilflughunde, also recht große, fruchtfressende Fledertiere. Das Besondere ist, dass sie über einen Tunnel nach draußen fliegen können. Sie können also jederzeit wegfliegen, etwa um Früchte zu fressen – und zurückkommen, wenn sie das wollen.

Sie kehren freiwillig in die Laborhöhle zurück?

Zunächst einmal: Viele Fledermausarten kehren oft an den Ort zurück, an dem sie geboren wurden. Das gehört zu ihrem natürlichen Verhalten. Ich glaube, sie finden bei uns aber auch bessere Bedingungen als anderswo draußen. Dennoch schwankt die Größe unserer Kolonie enorm. Die Tiere schlafen zwar gern in Gruppen, aber soweit wir wissen, bilden sie keine festen sozialen Verbände. Deshalb sind manchmal etwa 50 Tiere da, zu anderen Zeiten nur 20. Das hängt ganz von der Jahreszeit ab. Im Winter kommen viel mehr Fledermäuse zu uns als sonst, darunter welche, die wir das ganze Jahr nicht gesehen haben. Denn auch hier in Israel sind die Winter kühler. In guten Kolonien bleibt die Temperatur dagegen konstant, und in unserer liegt sie optimal bei etwa 28 Grad Celsius. Wir halten unsere Höhle mit Klimaanlagen gleichmäßig warm. Das mögen die Tiere.

Wo leben die Nilflughunde normalerweise?

Sie sind extrem generalistisch, leben praktisch überall. In der Natur schlafen sie meist in Höhlen. Aber in Israel – und generell an dicht besiedelten Orten – müssen sie oft in menschengemachten Strukturen schlafen, also in Städten etwa in Parkhäusern oder Gebäuden. Wir haben diese Art für unsere Studien ausgesucht, weil sie Obstbäume anfliegt. So können wir nicht nur untersuchen, wie die Tiere navigieren, sondern auch, wie sie Entscheidungen treffen. Bei insektenfressenden Fledermäusen, mit denen wir manchmal arbeiten, ist das deutlich schwieriger. Sie suchen manchmal einfach zufällig nach Insekten. Dann weiß man nicht genau, wohin sie fliegen und was ihre Absicht ist.

Welche Technologien setzen Sie ein, um die Fledermäuse zu beobachten?

Wir statten die Fledermäuse mit GPS-Sendern aus, sodass wir ihre Flüge immer verfolgen können. Es ist, als trügen sie die ganze Zeit einen kleinen Rucksack mit einem Minicomputer herum. Dabei achten wir natürlich darauf, dass das Equipment sehr leicht ist und sie nicht stört. Zweimal pro Woche fangen wir sie mit einem Handnetz und laden die Daten vom Tracker herunter. Dabei prüfen wir, ob es ihnen gut geht, und nehmen manchmal Blutproben. Zusätzlich haben wir in der Laborhöhle ein Kamerasystem mit Mikrofonen, das alles aufzeichnet. Derzeit arbeiten wir auch an einer Technologie, die uns hoffentlich bald sagen kann, welche Fledermaus sich neben welcher niederlässt; zurzeit ist das GPS-Signal dafür nicht genau genug. Neben dieser Höhle haben wir noch eine Art Flugraum. Dort haben wir 20 Kameras und 50 Mikrofone installiert, die uns hochauflösendes Tracking für kontrollierte Echolokationsstudien ermöglichen.

Sie erforschen aber auch Fledermäuse überall auf der Welt. Welche haben Sie besonders beeindruckt? 

Oh, viele! Kürzlich haben wir mit Vampirfledermäusen in Panama gearbeitet, die sich vom Blut anderer Säugetiere oder Vögel ernähren. Sie faszinieren mich, weil sie langfristige Bindungen zu Artgenossen aufbauen. Spannend waren auch fischfressende Fledermäuse in Mexiko. Sie jagen winzige Fische über dem Ozean und navigieren dabei in einer extrem reizarmen Umgebung ohne Orientierungspunkte. Und wir haben in Kalifornien Fledermäuse untersucht, die ihr empfindliches Gehörsystem zur Beutejagd nutzen. Sie hören das Rascheln sich bewegender Beute, etwa von Skorpionen, und fangen sie dann am Boden. Jede Fledermausart hat etwas Einzigartiges.

Warum haben Sie die Laborhöhle, statt die Tiere immer in freier Wildbahn zu erforschen?

Der Vorteil an unserer Laborhöhle ist, dass wir dieselben Individuen über sehr lange Zeiträume verfolgen können. Im Freiland ist das viel schwieriger. Dort können wir zwar Kolonien aufspüren und einige Tiere mit Trackern ausstatten. Doch wir müssen später dann dieselben Fledermäuse wieder einfangen, um die Daten auszulesen.

Verhalten sich Fledermäuse in Städten anders als in ländlichen Gebieten? 

Was wir bisher sagen können: Landfledermäuse kehren normalerweise Nacht für Nacht zu denselben Bäumen zurück, jene in der Stadt wechseln hingegen sehr häufig die Bäume. Sie kehren praktisch nie zu denselben Bäumen zurück und sind viel diverser in ihrem Verhalten. Interessant ist aber, dass ländliche Fledermäuse, die in Städte kommen, sich dann wie Stadtfledermäuse verhalten. Es scheint also keine genetischen Unterschiede zu geben, die das Verhalten festlegen, oder zumindest gibt es hier viel Raum für Flexibilität. Die Umwelt prägt ihr Verhalten.

»Urbane Fledermäuse haben sich vermutlich an städtische Geräusche gewöhnt«

Warum wechseln Stadtfledermäuse so oft die Plätze? Werden sie gestört?

Das glaube ich nicht. Vermutlich hängt es damit zusammen, dass sie in der Stadt eher versuchen, ihre Nahrung zu variieren. Alles liegt dort nahe beieinander. Sie müssen also nicht weit fliegen, um unterschiedliche Nahrung zu finden. Auf dem Land dagegen müssten sie dazu weite Strecken zurücklegen. Eine andere mögliche Ursache ist, dass sich die Gegebenheiten in der Stadt viel schneller ändern. Um darauf zu reagieren, sammeln und aktualisieren die Tiere ständig Informationen über verschiedene Orte. Auf dem Land ist das weniger der Fall.

Sie untersuchen auch, wie das Gehirn von Stadt- und Landfledermäusen Geräusche verarbeitet. Was kann man daraus ableiten?

Aktuell führen wir eine Studie durch, in der wir Stadt- und Landfledermäusen unterschiedliche Geräusche vorspielen: einerseits typische Stadtklänge wie Verkehrslärm, andererseits Laute von ländlichen Umgebungen. Dabei messen wir die Reaktion im Gehirn. Die Ergebnisse sind noch vorläufig, doch offenbar reagieren Stadt- und Landfledermäuse unterschiedlich. Urbane Fledermäuse haben sich vermutlich an städtische Geräusche gewöhnt. Es könnte sein, dass diese sie viel weniger stressen, aber wir untersuchen das derzeit noch.

Sie haben sich schon früh mit Echolokation beschäftigt, das heißt der Frage, wie sich Fledermäuse mithilfe von Schall und Echo orientieren – in Tübingen bei Hans-Ulrich Schnitzler.

Schnitzler zählt zu den bekanntesten Forschern auf dem Gebiet. Seine Arbeiten zur sogenannten Dopplereffektkompensation – einem zentralen Mechanismus der Echolokation bei Hufeisennasen – gehören dort zu den wichtigsten Entdeckungen. Das Wissen und diese Denkweise beeinflussen meine Arbeit bis heute. Denn man lernt, aus der Perspektive des Tieres zu denken, also zu fragen, wie das Tier die Welt wahrnimmt. Das bleibt auch dann entscheidend, wenn man soziales Verhalten untersucht. Hilfreich ist natürlich ein tiefes Verständnis von Akustik, das ich in Tübingen erworben habe.

»Unsere Fruchtfledermäuse erzeugen mit ihrer Zunge Klicklaute zur Echolokation«

Viele verbinden Echolokation vor allem mit Ultraschall. Tatsächlich gibt es aber unterschiedliche Formen, oder?

Genau, es gibt große Unterschiede. Unsere Flughunde erzeugen mit ihrer Zunge Klicklaute zur Echolokation. Die große Mehrheit der Fledermäuse – wahrscheinlich fast 90 Prozent – nutzt die Echoortung, doch sie zeigt eine enorme Vielfalt im sogenannten Signaldesign. Das ist einerseits Ergebnis artspezifischer Evolution, andererseits senden die Tiere unterschiedliche Signale aus, je nachdem, wo oder was sie jagen. Fledermäuse, die im offenen Raum jagen, also fern von Vegetation, nutzen meist sehr niedrige Frequenzen, weil sie damit weit »sehen« können. Nähern sie sich jedoch ihrer Beute, etwa einem großen Insekt, werden die Signale kürzer und decken ein breiteres Frequenzspektrum ab. Sie passen die durch Evolution entwickelten Signale demnach der jeweiligen Aufgabe an.

Erkennen Fledermäuse individuelle Stimmen? Ihre eigene oder die ihrer Artgenossen?

Ja, sie können die Rufe anderer Fledermäuse unterscheiden. Nur so vermeiden sie etwa, dass sie fremde Laute mit ihren eigenen Echos verwechseln, und navigieren auch besser. Wir haben vor Kurzem eine Studie veröffentlicht, bei der wir untersucht haben, was bei der Echolokation mit Ultraschall im Gehirn von Fledermäusen passiert.

Lässt sich messen, wie ihr Gehirn die eigenen Laute verarbeitet?

Ja. Wir haben dazu eine neue Methode entwickelt, die es erlaubt, die Hirnaktivität wacher Fledermäuse während ihrer Ultraschallrufe zu messen. Dazu haben wir eine Halterung gebaut, in der die Tiere an Ort und Stelle fliegen können. Sie verhalten sich dabei ganz natürlich und senden Rufe aus. Diese zeichnen wir mit Mikrofonen auf und messen parallel die elektrischen Signale im Gehirn über kleine Elektroden auf der Kopfhaut – ähnlich wie bei einem EEG, es sind also nicht invasive neuronale Aufzeichnungen. So können wir für jeden einzelnen Ruf genau nachvollziehen, wann und wie die primären Komponenten des Hörsystems darauf reagieren.

Was zeigen die Messungen?

Zunächst extrem schnelle Reaktionen, die nur wenige Millisekunden nach einem Ruf auftreten. Sie stammen von den frühesten Phasen der Hörverarbeitung im Hirnstamm. Später folgen weitere Signale, in denen die Details des Rufs – etwa die Dauer und Lautstärke – vom Hirnstamm erfasst werden. Längere oder lautere Rufe lösen stärkere oder spätere Reaktionen aus. Wir konnten nachweisen, dass das Hörsystem die eigenen Rufe bereits sehr früh abbildet. Und genau das dürfte die Grundlage dafür sein, dass Fledermäuse ihre ausgesandten Signale sofort mit den Echos vergleichen und so schnell navigieren können.

Wie nutzen Fledermäuse solche Informationen, um Entscheidungen zu treffen?

Ich sage gern, dass eigentlich alles wichtig für die Entscheidungsfindung von Fledermäusen ist. Sie nutzen die Echos der Landschaft, um zu wissen, wo sie sind, und um zu entscheiden, wohin sie fliegen. Je nachdem, was sie hören, beschließen sie etwa, ob sie Beute angreifen oder nicht. Flughunde steuern auch gezielt Fruchtbäume an, weil sie sich merken können, wie viel Zeit seit dem letzten Besuch eines Baums vergangen ist. Sie wissen: Dieser Baum trägt eine Woche lang Früchte, ein anderer zwei oder drei Wochen. Sie entscheiden dann bewusst, ob sie zu einem Baum zurückkehren. Ein weiterer Faktor hängt damit zusammen, was sie zuvor gefressen haben. Haben sie in der Nacht bereits viel Zucker aufgenommen, suchen sie danach eher nach einem Baum mit proteinhaltiger Nahrung. Auch das konnten wir in Studien zeigen.

»Wir glauben, dass einige Fledermäuse eine Art akustische Landkarte abspeichern«

Wie merken sich Fledermäuse all diese Informationen? Zum Beispiel, wo diese Bäume sind? 

Wir glauben, dass einige Fledermäuse eine Art akustische Landkarte abspeichern. Unsere Studie zeigt: Wir können die Tiere irgendwo in ihrem Gebiet freilassen und sie finden allein auf Basis akustischer Informationen ihren Weg nach Hause. Etwa so, wie wir visuelle Karten abgespeichert haben. Sie wohnen in Berlin, richtig? Stellen Sie sich vor, ich setze Sie irgendwo dort ab, ohne dass Sie wissen, wo Sie genau sind. Wie finden Sie nach Hause?

Ich wäre verloren. Mein Orientierungssinn ist miserabel.

(lacht) Sie finden trotzdem irgendwann zurück. Wenn Sie ein bisschen herumgehen, stoßen Sie irgendwann auf etwas, das Ihnen bekannt vorkommt – Sie sehen etwa in der Ferne den Fernsehturm am Alexanderplatz. Genau das machen auch Flughunde, nur eben mit akustischen Informationen. Sie orientieren sich visuell, aber andere Fledermäuse können mithilfe von Echolokation akustische Karten erstellen, um sich über große Strecken – viele Kilometer hinweg – zurechtzufinden. Wir konnten das in Feldversuchen zeigen. Da haben wir Fledermäuse mit Sendern ausgestattet und sie dann irgendwo in ihrem Gebiet mit vorübergehend verdeckten Augen freigelassen.

Moment, Sie haben den Fledermäusen die Augen verbunden?

Ja, eine Gruppe Fledermäuse konnte sehen, die andere hatte verbundene Augen und konnte somit keine visuellen Informationen zur Orientierung nutzen. Anschließend haben wir die Flugbahnen beider Gruppen analysiert und rekonstruiert, welche Echos sie während des Fluges empfangen haben dürften. Die sehenden Tiere konnten zwar direkter und schneller navigieren, aber die mit verbundenen Augen fanden genauso zuverlässig nach Hause. Dabei zeigte sich, dass sie Strecken mit markanten akustischen Signalen bevorzugten. Das entspricht der optischen Landmarke »Fernsehturm«.

Und was passiert, wenn sich die Umgebung plötzlich verändert? Wie schnell passen Fledermäuse akustische Karten an?

Das wissen wir noch nicht genau. Wir versuchen derzeit, solche Prozesse mithilfe von Modellen zu untersuchen. Dafür trainieren wir ein neuronales Netzwerk, das auf Basis akustischer Informationen navigiert. Wir lassen das Modell eine Umgebung »lernen« und verändern sie dann. Wie schnell passt es sich an? Natürlich ist das Modell keine Fledermaus, aber es kann Hinweise geben, was prinzipiell möglich ist. Solche Experimente direkt mit Fledermäusen im Freiland zu machen, ist schwierig. Man müsste dieselben Tiere über Jahre verfolgen, während sich ihre Umgebung verändert – das ist methodisch sehr aufwendig.

Ist die Fähigkeit, akustische Karten zu erstellen, angeboren oder erlernt?

Vermutlich eine Mischung aus beiden. Ich glaube, das Gehirn von Fledermäusen ist darauf ausgelegt, akustische Landkarten abzuspeichern und akustische Informationen zur Orientierung zu verarbeiten. Vielleicht erkennen sie von Anfang an besonders informationsreiche, akustische Objekte.

Sie sprechen hier von der Orientierung anhand unbeweglicher Objekte wie Bäumen oder Häusern. Aber was, wenn sich alles bewegt? Wenn Tausende Fledermäuse gleichzeitig aus einer Höhle herausfliegen – warum kollidieren sie nicht miteinander? Stören sie sich nicht gegenseitig mit ihren Signalen?

Genau zu dieser Frage haben wir kürzlich mit einer Kolonie von 2000 wild lebenden Großen Mausschwanzfledermäusen im Hula‑Tal im Norden Israels gearbeitet. Einige von ihnen haben wir mit GPS-Sendern und Mikrofonen ausgestattet und beim abendlichen Ausflug aus ihrer Höhle verfolgt. Zudem haben wir mithilfe eines mathematischen Modells auch das Echolokationsverhalten einer großen Zahl an Tieren in einer solchen Situation simuliert. Wie sich zeigte, stören sich die Fledermäuse beim Ausfliegen aus der Höhle tatsächlich gegenseitig. Zahllose Signale überlagern sich, ein Großteil der Echos geht verloren. Fledermäuse senden allerdings sehr viele Rufe aus, etwa 20 bis 50 pro Sekunde. Selbst wenn nur ein Teil der Echos zurückkommt, scheint das zu reichen. In dichter Umgebung werden die Laute zudem kürzer und leiser. Zusammengenommen eine typische Reaktion, die Fledermäuse zeigen, wenn viele Objekte in der Nähe sind. So können sie selbst in dicht gedrängten Gruppen navigieren. Die Tiere verteilen sich aber auch relativ schnell, sobald sie die Höhle verlassen. Trotzdem kommt es gelegentlich zu Kollisionen. Wer Fledermäuse beim Herausfliegen aus einer Höhle beobachtet, sieht gelegentlich Zusammenstöße.

Sie interessieren sich nicht nur für die Fledermausrufe. Sie haben auch mit Kollegen einen Preis ins Leben gerufen: Damit werden Projekte ausgezeichnet, in denen die Kommunikation bestimmter Tiere mithilfe künstlicher Intelligenz entschlüsselt wird. Wie kam es dazu?

Das hat alles mit den Fledermäusen begonnen. Wir haben eine riesige Datenbank von Fledermausrufen aus Konfliktsituationen, also Momente, in denen die Tiere miteinander »streiten«. Dabei wissen wir jeweils, in welchem Kontext die Laute auftraten: ob sie dabei um Nahrung kämpfen oder um Platz und so weiter. Wir konnten zeigen, dass sich die Laute je nach Kontext unterscheiden. Ohne maschinelles Lernen wäre die Analyse solcher Datenmengen kaum möglich gewesen. Der Coller-Dolittle-Preis wurde von der Jeremy-Coller-Stiftung mit der Universität Tel Aviv ins Leben gerufen. Wir wollen vor allem Wissenschaftler aus dem Bereich des maschinellen Lernens für dieses Thema interessieren. Das erste Gewinnerteam 2025 untersuchte etwa, wie Delfine gemeinsame, erlernte Pfeiftöne nutzen – um sich zu rufen, zu warnen oder Verwirrung auszudrücken. Bald küren wir das nächste Gewinnerprojekt.

»Wir werden nicht mit Tieren reden können, so wie wir uns gerade miteinander unterhalten«

Bei welchen Tieren fänden Sie es besonders spannend, ihre Kommunikation zu entschlüsseln?

Es gibt viele Arten, die dafür interessant wären. Wer will nicht mit Tieren »sprechen«? Um die Kommunikation einer Art zu entschlüsseln, sollte man zwei Aspekte bedenken: zum einen die Struktur der Laute, die Syntax. Zum anderen die Bedeutung, also wie komplex die Inhalte sind. Fledermäuse sind dafür vermutlich nicht unbedingt das beste Modell. Spannend wäre sicherlich, die Kommunikation von Primaten besser zu verstehen, weil wir so mehr über nahe Verwandte lernen könnten. Auch Nagetiere wären interessant. Wir wissen viel über ihre Genetik und könnten womöglich Kommunikation mit genetischen Faktoren in Verbindung bringen. Faszinierend sind auch Singvögel, weil sie die Fähigkeit besitzen, eine bestimmte Reihenfolge von Lauten zu erlernen. Sie sehen: Unterschiedliche Arten sind aus verschiedenen Gründen spannend.

Glauben Sie, KI wird eines Tages das Sprechen mit Tieren ermöglichen?

Die Frage ist ja, wie man »sprechen« definiert. Ich denke, wir werden nicht mit Tieren reden können, so wie wir uns gerade miteinander unterhalten. Wir könnten aber vielleicht ihre Emotionen besser verstehen, etwa sagen: Dieser Hund ist jetzt wütender als vorher. Das wäre jedoch kein echtes Gespräch. Sie reden einfach nicht auf diese Weise, haben nicht die Fähigkeit, komplexe Botschaften in Form von Sätzen zu vermitteln.

Wenn es doch möglich wäre, etwa mit einer Fledermaus zu kommunizieren: Was würden Sie wissen wollen?

Ich würde sie nach ihrer Echolokation fragen. Wie nimmst du die Welt wahr? Wie sieht die Welt allein mit Schall aus? Kannst du damit dreidimensional sehen? Und vermutlich würde sie uns fragen: Wie kommt ihr in einer Welt zurecht, in der Schall für die Orientierung kaum eine Rolle spielt? Und: Was sind das alles eigentlich für Strukturen, die ihr da baut? Warum ändert ihr ständig alles?