Haie hören weit besser, als Forscher es ihnen bislang zugetraut hatten. In einem Freilandversuch vor der Küste Floridas reagierten wild lebende Schwarzspitzenhaie auf tieffrequente Unterwassergeräusche aus bis zu 74 Metern Entfernung. Die meisten Reaktionen erfolgten in einem Bereich, in dem Haie Schall nach bisheriger Lehrmeinung kaum noch wahrnehmen dürften. Zudem erkannten die Tiere offenbar, aus welcher Richtung das Geräusch kam.
Unter Wasser reicht der Blick oft nur wenige Meter weit, Schall dagegen breitet sich im dichten Medium schnell und über große Strecken aus. Für Haie ist das Gehör deshalb eine wichtige Informationsquelle über Beutetiere, Feinde und andere Lebewesen, die sie noch nicht sehen können. Dass Haie auf tiefe, pulsierende Geräusche stark reagieren, ist seit Langem bekannt. Unklar war jedoch, aus welcher Entfernung frei schwimmende Tiere einen Schall überhaupt wahrnehmen und ob sie seine Quelle orten können. Frühere Experimente fanden meist in Becken statt, und dort verfälschen die Wände das Ergebnis erheblich. Die Forscherin Caroline Sullivan, die die Arbeit im Rahmen ihrer Masterarbeit durchführte, vergleicht ein solches Becken mit einem Spiegelkabinett, in dem der Schall ständig von den Wänden zurückgeworfen wird und verwirrende Signale erzeugt. Um natürliche Reaktionen zu beobachten, verlegte das Team der Florida Atlantic University den Versuch deshalb ins offene Meer.
Als Versuchstiere wählten die Forscher Schwarzspitzenhaie, wissenschaftlich Carcharhinus limbatus. Diese Art sammelt sich jeden Winter in großen Gruppen vor der Küste von Palm Beach County im Südosten Floridas, kleinere Gruppen bleiben das ganze Jahr über in der Region. Das klare, flache Wasser in Küstennähe bot ideale Bedingungen, um die Tiere von oben zu beobachten, ohne ihr natürliches Verhalten zu stören. Nach Angaben des leitenden Autors Stephen Kajiura machten gerade die große Zahl und die gute Erreichbarkeit der Haie das Experiment erst möglich. Die Studie erschien bereits Ende Juni im Fachjournal Integrative Organismal Biology, die Hochschule stellte die Ergebnisse am 24. September vor. Sie liefert nach Angaben der Forscher den ersten zahlenmäßig belegten Nachweis dafür, dass frei schwimmende Haie Schall auch im sogenannten akustischen Fernfeld wahrnehmen und sich daran orientieren. Das wirft ein neues Licht auf einen der am wenigsten verstandenen Sinne dieser urtümlichen Meeresräuber.
Für den Versuch ankerten die Forscher ein Boot in flachem Küstenwasser und ließen einen Unterwasserlautsprecher mit der Strömung bis zu 19 Meter weit abtreiben, damit das Boot selbst die Haie möglichst wenig beeinflusste. Über den Lautsprecher spielten sie drei Bereiche tiefer Töne ab, nämlich 100 bis 200 Hertz, 200 bis 400 Hertz und 400 bis 800 Hertz. Als Kontrolle diente ein Ton mit 10.000 Hertz, der außerhalb des bekannten Hörbereichs von Haien liegt. Die Geräusche waren bewusst laut gewählt, um die Tiere aufzuschrecken, nicht um sie anzulocken. Mit geeichten Unterwassermikrofonen, sogenannten Hydrofonen, vermaß das Team die Lautstärke in unterschiedlichen Entfernungen, um genau berechnen zu können, was ein Hai im Moment seiner Reaktion hörte. Eine Drohne verfolgte die Tiere aus 40 bis 50 Metern Höhe. Anschließend werteten die Forscher die Videoaufnahmen Bild für Bild aus und bestimmten, aus welcher Entfernung die Haie reagierten und wie stark sie ihre Schwimmrichtung änderten.
Die Ergebnisse, die das Team in der Mitteilung der Florida Atlantic University zusammenfasst, fallen eindeutig aus. Die Schwarzspitzenhaie reagierten auf alle drei tiefen Frequenzbereiche, auf den hohen Kontrollton dagegen nie. Tiefe Töne nahmen sie aus bis zu 74 Metern Entfernung wahr, deutlich weiter als bei frei schwimmenden Haien je zuvor nachgewiesen. Auf alle Frequenzen reagierten sie noch aus mindestens 62 Metern. Sobald ein Hai das Geräusch bemerkte, drehte er plötzlich um 20 bis 160 Grad vom Lautsprecher weg und schwamm rasch davon. Diese gerichtete Fluchtbewegung spricht dafür, dass die Tiere die Richtung der Schallquelle bestimmen konnten. Von insgesamt 209 Reaktionen erfolgten 71,6 Prozent im akustischen Fernfeld. Zudem zeigte sich, dass die Haie besonders empfindlich auf tiefe Frequenzen reagieren: Diese nahmen sie aus größerer Entfernung und bei geringerer Lautstärke wahr als die höheren Töne des Versuchs.
Um die Bedeutung des Befunds zu verstehen, hilft ein Blick auf die Physik des Schalls. In der Nähe einer Schallquelle, im sogenannten Nahfeld, dominieren die Bewegungen der Wasserteilchen, die der Schall hin und her schiebt. Weiter entfernt, im Fernfeld, überwiegen Druckwellen. Viele Knochenfische nehmen solche Druckwellen mit ihrer gasgefüllten Schwimmblase wahr, die wie ein Verstärker wirkt. Haie besitzen jedoch keine Schwimmblase. Man ging deshalb davon aus, dass sie Schall vor allem im Nahfeld registrieren, wo sie die Teilchenbewegung mit ihrem Innenohr erfassen. Dafür steht ihnen unter anderem eine spezialisierte Struktur namens Macula neglecta zur Verfügung, die Bewegungen und Vibrationen des Wassers aufnimmt. Nach Einschätzung von Kajiura deutet die neue Studie darauf hin, dass Haie die mit dem Schall verbundene Teilchenbewegung selbst in großer Entfernung von der Quelle noch wahrnehmen. Einen solchen Nachweis bei frei schwimmenden Haien hatte es bislang nicht gegeben.
Die Forscher betonen, dass ihr Versuch nicht die leisesten Geräusche ermittelt hat, die ein Hai gerade noch hören kann. Gemessen wurden deutliche Schreckreaktionen auf plötzliche, laute Signale. Die tatsächliche Hörweite der Tiere könnte bei anderen Geräuschen daher noch größer oder auch kleiner ausfallen. Zudem wurde nur eine einzige Art in einem bestimmten Lebensraum untersucht. Ob andere Haiarten, etwa Hochseehaie oder Tiefseebewohner, ähnlich empfindlich hören, ist offen. Auch der genaue Mechanismus, mit dem Haie Teilchenbewegungen im Fernfeld wahrnehmen, bleibt eine Vermutung, die das Experiment nicht beweist. Die nächste Frage sei, wie das Sinnessystem der Tiere diese entfernten Geräusche aufnimmt und verarbeitet, sagt Kajiura. Die Autoren verweisen zudem darauf, wie wertvoll Freilandversuche sind, weil nur dort die natürlichen Reaktionen ohne die Störungen durch Beckenwände sichtbar werden. Ausführliche Daten und Modellrechnungen zur Schallausbreitung enthält die Originalstudie in Integrative Organismal Biology, die frei zugänglich ist.
Das Meer ist alles andere als still. Brandung, Regen, knackende Krebse, Walgesänge und die Geräusche zappelnder Fische erzeugen eine vielschichtige Klanglandschaft, die Informationen über weite Distanzen trägt. Für einen Räuber, der seine Beute oft erst im letzten Moment zu Gesicht bekommt, ist die Fähigkeit, solche Signale früh zu erkennen und zu orten, ein erheblicher Vorteil. Die neue Studie zeigt, dass Haie diese Klanglandschaft weit intensiver nutzen könnten als bislang angenommen. Nach den Worten von Kajiura sind Haie auf ihre akustische Umgebung in einer Weise eingestellt, die die Forschung gerade erst zu verstehen beginnt. Wie vielseitig die Knorpelfische an ihre Umwelt angepasst sind, zeigen auch zahlreiche andere Studien über Haie und ihre besonderen Fähigkeiten, von der Wundheilung bis zur Jagd in der Tiefsee. Das Gehör gehörte dabei lange zu den am wenigsten erforschten Sinnen dieser Tiere.
Integrative Organismal Biology, Orientation of Blacktip Sharks (Carcharhinus limbatus) to Underwater Sound; doi:10.1093/iob/obag033