74 Meter vom Lautsprecher entfernt: Was Haie unter Wasser hören

Einfach erklärt

In einem Versuch im Meer drehten Schwarzspitzenhaie ab, als Forschende tiefe, pulsierende Töne abspielten. Einige reagierten noch in großer Entfernung zum Lautsprecher. Das zeigt, dass die Haie solche Geräusche wahrnehmen können. Wie genau sie den Ton hören und woher er kommt, ist aber noch unklar – und die Studie beweist nicht, dass Lautsprecher Menschen vor Haien schützen.

Ein Feldversuch vor der Küste Floridas

Ein Lautsprecher unter Wasser mag wie eine Nebensache im Leben eines Hais wirken. Doch wenn ein frei schwimmendes Tier noch aus mehreren Dutzend Metern Entfernung auf einen Ton reagiert, wirft das wichtige Fragen über seine Sinne auf. Ein Team der Florida Atlantic University filmte Schwarzspitzenhaie vor der Küste von Palm Beach County und dokumentierte, wie einige Tiere nach dem Abspielen bestimmter Töne ihre Richtung änderten. Die größte beobachtete Entfernung betrug 74,0 Meter; weitere Reaktionen traten bei 66,1 und 61,8 Metern auf. Diese Werte beschreiben allerdings nur, was das Team in einem bestimmten Versuch beobachtete – sie geben nicht die maximale Hörweite der Haie an.

Ein Feldversuch in den Gewässern Floridas

Die Studie stammt von Caroline Sullivan, Edmund Gerstein und Stephen Kajiura von der Florida Atlantic University. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Integrative Organismal Biology. Für den Versuch wählten sie Schwarzspitzenhaie, die sich im Winter im flachen Wasser nahe Palm Beach versammeln. Weil sich dort viele Tiere an einem gut einsehbaren Ort aufhalten, konnten die Forschenden sie in ihrer natürlichen Umgebung von oben filmen.

Das Team verankerte ein Boot in zwei bis fünf Meter tiefem Wasser. Hinter dem Boot ließ es einen Lautsprecher treiben, der 13 bis 19 Meter entfernt war. Eine Drohne flog in 40 bis 50 Metern Höhe und zeichnete die Bewegungen der Haie auf. So mussten sich die Forschenden den Tieren nicht im Wasser nähern. An der Schwimmboje, die den Lautsprecher trug, befestigten sie außerdem ein Licht. Es leuchtete auf, sobald der Ton begann, sodass sich der Start des Geräuschs mit den Bewegungen der Haie im Video abgleichen ließ.

Als Reaktion werteten die Forschenden nicht einfach, dass sich ein Hai in der Nähe des Geräts befand. Sie zählten es nur dann als Reaktion, wenn das Tier kurz nach Beginn des Tons seinen Kurs änderte. Um den Abstand zwischen Hai und Lautsprecher zu bestimmen, nutzten sie die Länge des Boots – 6,73 Meter – als Vergleichsmaßstab in den Luftaufnahmen. Mit diesem Verfahren ließ sich die Entfernung unter realen Bedingungen im Meer abschätzen, statt die Beobachtung auf ein Becken oder eine andere abgeschlossene Umgebung zu beschränken.

Abschreckende Töne statt einer Einladung zum Fressen

Jeder Test begann mit einem hohen Kontrollton von 10 Kilohertz. Darauf folgte eine fünf Sekunden lange Pause, anschließend spielte das Team einen von drei tiefen, pulsierenden Tönen ab. Auch der Kontrollton dauerte fünf Sekunden. Auf den 10-Kilohertz-Ton zeigten die Haie keine erkennbare Reaktion. Diese Frequenz liegt außerhalb des bekannten Hörbereichs von Haien. Die tiefen Töne dagegen gingen mit Richtungsänderungen einher.

Das Team setzte auf laute Geräusche und nicht auf leise Töne, die eine mögliche Nahrungsquelle nachahmen sollten. Der Schallpegel lag bei 140 Dezibel, bezogen auf einen Referenzdruck von einem Mikropascal in einem Meter Entfernung von der Quelle. Damit lag er etwa 80 Dezibel über dem niedrigsten Hintergrundgeräusch am Versuchsort. Wie die Forschenden erklärten, sollte der Ton deutlich genug abschreckend wirken, um eine klare Reaktion auszulösen – unabhängig davon, was die Haie im jeweiligen Moment sonst gerade beschäftigte.

Dieser Unterschied ist wichtig, um die Ergebnisse richtig einzuordnen: Das Abdrehen bedeutet nicht unbedingt, dass ein Hai ein vertrautes natürliches Signal gehört oder sich davon angezogen gefühlt hat. Vielmehr prüfte das Experiment die Reaktion auf einen eigens als störend gewählten Ton. Auch die Lautstärke muss bei der Deutung des Verhaltens berücksichtigt werden: Ein leises Geräusch kann eine ganz andere Wirkung haben als ein plötzlich einsetzender, lauter Schall.

Was verraten die Zahlen?

In 165 von insgesamt 209 Tests beobachteten die Forschenden, dass die Haie vom Schall wegdrehten. Das entspricht rund 79 Prozent. Auf den hochfrequenten Kontrollton reagierte in keinem der 209 Tests ein Tier. Von den beobachteten Reaktionen traten 118 – also 71,5 Prozent – in dem Bereich auf, den die Forschenden als Fernfeld einordnen.

Bei einer Prozentangabe lohnt sich ein genauer Blick auf die Bezugsgröße: In der veröffentlichten Zusammenfassung der Studie stehen 71,6 Prozent im Zusammenhang mit der Zahl 209. Das ist jedoch die Gesamtzahl der Tests und nicht die Zahl der Reaktionen. Rechnet man 118 Reaktionen im Fernfeld von insgesamt 165 beobachteten Reaktionen, ergibt sich ein Anteil von etwa 71,5 Prozent. Diese Korrektur ändert nichts am allgemeinen Ergebnis, macht aber deutlich, welche Gesamtzahl für die Berechnung herangezogen werden sollte.

Die größte beobachtete Reaktionsentfernung unterschied sich je nach Ton: Bei einem Ton waren es 74,0 Meter, bei einem zweiten 66,1 Meter und beim dritten 61,8 Meter. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass eine Reaktion aus mindestens 61,8 Metern Entfernung beobachtet wurde – also aus rund 62 Metern. Auch der nötige Abstand des Schallpegels zum Umgebungsgeräusch war nicht für alle Töne gleich: Beim tieffrequentesten Ton lag er bei etwa 16 Dezibel, beim höchstfrequenten bei etwa 45 Dezibel.

Warum unterscheiden Forschende zwischen Nah- und Fernfeld?

Schall breitet sich im Wasser nicht so aus, wie man es sich vielleicht von einem Lautsprecher in einem Zimmer vorstellt. Bei Unterwassermessungen unterscheiden Forschende einen Bereich nahe der Quelle von einem weiter entfernten Bereich. In dieser Studie legte man die Grenze bei drei Wellenlängen fest. Die Wellenlänge hängt von der Frequenz des Tons ab: Je niedriger die Frequenz, desto länger die Welle und desto größer der Bereich nahe der Schallquelle.

Im Wasser beträgt die Schallgeschwindigkeit ungefähr 1500 Meter pro Sekunde. Bei einer Frequenz von 100 Hertz ergibt sich, wenn man die Geschwindigkeit durch die Frequenz teilt, eine Wellenlänge von 15 Metern. Nach der Regel von drei Wellenlängen reicht das Nahfeld damit bis 45 Meter. Für die drei im Versuch verwendeten Töne berechneten die Forschenden Nahfeldgrenzen von etwa 45 Metern für den tiefsten Ton, 22,5 Metern für den mittleren und 11,3 Metern für den höchsten.

Diese Unterscheidung ist wichtig, weil Haien eine luftgefüllte Schwimmblase fehlt. Bei manchen anderen Fischen kann eine solche Struktur dazu beitragen, weiter entfernte Schallanteile wahrzunehmen. Deshalb ging man lange davon aus, dass Haie vor allem auf Geräusche in der Nähe der Schallquelle reagieren. Die beobachteten Richtungsänderungen jenseits der berechneten Nahfeldgrenzen von zwei der drei Töne stellen diese Annahme infrage. Sie verraten jedoch nicht, mit welchem Sinnesmechanismus die Haie den Schall wahrnahmen.

Dass Haie auf Geräusche reagieren, ist nicht neu

Schon seit Jahrzehnten ist bekannt, dass Geräusche das Verhalten von Haien beeinflussen können. 1963 veröffentlichten Donald Nelson und Samuel Gruber eine Studie, der zufolge tiefe, pulsierende Töne große Haie nahe den Riffen von Miami anlocken konnten. Am wirksamsten waren meist Pulse im Bereich von 20 bis 60 Hertz. Sie können den Geräuschen eines kämpfenden Fisches ähneln. Höhere Pulse oder anhaltende tiefe Töne erzielten dagegen nicht dieselbe Wirkung.

Spätere Untersuchungen zeigen, dass die Richtung der Reaktion von der Lautstärke und vom Zustand des Tiers abhängt. In einer Studie aus dem Jahr 1978 an der Floridastraße und auf den Bahamas näherten sich Seidenhaie zunächst einer Schallquelle. Sobald der Pegel jedoch um etwa 20 Dezibel anstieg, zogen sie sich schnell zurück – besonders, wenn die Lautstärke plötzlich zunahm. Bei wiederholten Tests schwächte sich die Reaktion ab. Auch bei jungen Haien ließ die Wirkung nach, wenn frischer, zerkleinerter Fisch vorhanden war. Einer Darstellung der früheren Forschung in der aktuellen Studie zufolge mussten bei einer Untersuchung an Zitronenhaien im folgenden Jahr die Geräusche den Hintergrundpegel um mindestens 18 Dezibel übersteigen, damit die Tiere auswichen.

Das Verhältnis zwischen Haien und Schall lässt sich daher nicht auf die einfache Regel reduzieren, dass Geräusche Haie immer anlocken oder stets vertreiben. Die Eigenschaften und die Lautstärke der Pulse spielen ebenso eine Rolle wie der Zustand des Tiers und die Zahl der vorherigen Begegnungen mit dem Geräusch. Der Versuch in Florida war darauf ausgelegt, eine deutliche Reaktion auf einen abschreckenden Ton zu erfassen. Er testete aber keine verlässliche Methode, um Haie von Menschen fernzuhalten.

Was die Studie nicht beweist – und was nicht gemessen wurde

Am klarsten zeigt das Experiment, dass Schwarzspitzenhaie nach dem Abspielen tiefer Töne ihre Richtung änderten und dass einige dieser Reaktionen nach der verwendeten Einteilung im Fernfeld auftraten. Es beweist jedoch nicht, dass ein Hai den Standort des Lautsprechers genau bestimmen konnte. Die Forschenden deuteten das Abdrehen als Zeichen dafür, dass die Tiere eine Richtung wahrnahmen. Die Aufnahmen von oben zeigen aber weder, wie präzise sie die Quelle orteten, noch, wie sie zu ihrer Einschätzung kamen.

Die Studie erfasste auch nicht die Bewegungen der Wasserteilchen, die den Schall begleiten. Eine solche Messung hätte helfen können, das Signal zu verstehen, das die Haie wahrnahmen. Unter den Bedingungen der Feldarbeit ließ sie sich nach Angaben der Forschenden jedoch nicht praktisch umsetzen. Dass die Haie möglicherweise auf Bewegungen der Wasserteilchen reagierten, bleibt deshalb eine mögliche Erklärung und ist kein durch direkte Messungen bestätigter Mechanismus.

Auch die größte beobachtete Entfernung von 74,0 Metern sollte man vorsichtig interpretieren. Die Kamera der Drohne erfasste keinen unbegrenzt großen Bereich: Die längste Ausdehnung des Bildfelds lag zwischen 75 und 94 Metern. Die 74 Meter markieren somit die größte Entfernung, in der eine Reaktion auf den Aufnahmen zu sehen war – nicht die Grenze des Hörvermögens der Haie. Ob es noch weiter entfernte Reaktionen außerhalb des Bildausschnitts gab, lässt sich mit diesem Versuch nicht sagen.

Beim tiefsten Ton ist die Beweislage außerdem komplizierter als bei den beiden anderen. Er löste zwar die Reaktion in der größten Entfernung aus, hat aufgrund seiner längeren Wellen aber auch ein größeres Nahfeld. Den Berechnungen der Studie zufolge fanden nur 33,9 Prozent der Reaktionen auf diesen Ton im Fernfeld statt. Bei den beiden anderen Tönen waren es 87,2 und 96,6 Prozent. Zusammengenommen entsprechen diese Anteile den Angaben der Studie zufolge ungefähr 20, 41 und 57 Reaktionen in dieser Reihenfolge.

Die Forschenden stellten fest, dass der tiefste Ton Energieanteile unter 100 Hertz enthielt. Dadurch vergrößerte sich das für diesen Ton berechnete Nahfeld. Die Reaktionen, die mit Energie im Bereich von 400 bis 800 Hertz zusammenhingen, ließen sich ihrer Einschätzung nach jedoch nicht einfach mit dieser Ausdehnung erklären. Das ist wichtig: Nicht jede beobachtete Reaktion liefert gleich starke Hinweise darauf, dass ein Hai einen Ton aus großer Entfernung wahrnahm.

Lässt sich Schall als Schutzbarriere gegen Haie einsetzen?

Diese Frage beantwortet der Versuch nicht. Untersucht wurde nur eine Haiart, an einem Ort an der Küste Floridas und unter ganz bestimmten Bedingungen für die Schallwiedergabe. Außerdem sagt eine unmittelbare Richtungsänderung während des Tests nichts darüber aus, ob die Wirkung bei wiederholtem Kontakt anhält oder Haie tatsächlich davon abhält, in Schwimmbereiche zu kommen. Dass sich die Reaktion mit der Zeit verändern kann, zeigt die Studie von 1978: Die Seidenhaie reagierten nach wiederholter Beschallung weniger stark.

Ein weiteres Beispiel dafür, warum Zurückhaltung geboten ist, liefert eine 2019 in Scientific Reports veröffentlichte Studie. Weiße Haie änderten ihre Reaktion nicht in bedeutsamem Maß, wenn Orca-Laute abgespielt wurden. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass Schall allein keine wirksame Abschreckung darstellte. Das bedeutet nicht, dass Geräusche grundsätzlich wirkungslos sind. Es zeigt aber, dass die Reaktion der Schwarzspitzenhaie in einem einzelnen Versuch nicht ausreicht, um Lautsprecher als praktischen Schutz zu betrachten.

Wo könnte die besondere Empfindlichkeit herkommen?

Das Team aus Florida hält eine Struktur im Innenohr für eine mögliche Erklärung: die Striola neglecta, eine Fläche mit empfindlichen Haarzellen. Bei nah verwandten Arten wurden mehr solcher Zellen gefunden als bei anderen Haiarten. Wie viele davon Schwarzspitzenhaie besitzen, wurde bislang jedoch nicht gezählt. Ein Zusammenhang zwischen diesen Zellen und den beobachteten Reaktionen ist daher eine Hypothese, die noch direkt überprüft werden muss.

Kajiura zufolge sollte als Nächstes geklärt werden, wie das Sinnesorgan solche weit entfernten Signale aufnimmt und verarbeitet. Sullivan, die die Arbeit im Rahmen ihres Masterstudiums durchführte, weist darauf hin, wie wichtig es ist, Schall im Meer zu untersuchen: In Becken werden die Wellen an den Wänden reflektiert und erreichen das Tier aus mehreren Richtungen. So entsteht in einem geschlossenen Versuchsraum keine einfache Klangkulisse, in der sich einzelne Geräusche leicht voneinander trennen lassen, sondern eine Umgebung mit vielen überlagerten Signalen.

Fazit

Der Feldversuch liefert gut kontrollierte Hinweise darauf, dass Schwarzspitzenhaie auf tiefe, pulsierende Töne reagierten. Auf den Aufnahmen reichten die beobachteten Entfernungen bis 74,0 Meter. In 165 von 209 Tests wurde eine Reaktion registriert; 118 davon traten nach der Einteilung der Forschenden im Fernfeld auf. Die Studie bestimmt jedoch weder die maximale Hörweite der Haie noch belegt sie, dass die Tiere die Schallquelle genau orten konnten. Auch wie sie den Ton wahrnehmen, bleibt offen. Und dass Lautsprecher Schwimmer schützen könnten, ist damit nicht bewiesen. Bislang ist vor allem eines klar: Manche Haie reagieren auf Schall aus großer Entfernung. Wie sie das tun und wie verlässlich sich diese Reaktion nutzen lässt, müssen weitere Untersuchungen zeigen.