Wissenschaft: Hören wie die Fliegen

Forscher bauen das Gehör einer Fliegenart nach, die mit unerreichter Genauigkeit die Quelle eines Geräuschs bestimmen kann. Das US-Militär interessiert sich dafür. Aber auch Menschen mit Hörbeeinträchtigungen könnte das helfen.

Artikel veröffentlicht am 22. Juli 2014, 16:00 Uhr, Matthias Matting

Fliegenart Ormia ochracea (Bild: Wikipedia/Jpaur/CC BY-SA 3.0)

Ormia ochracea dürfte auf die Wissenschaft nicht gut zu sprechen sein. Vor fast 20 Jahren begann die Leidensgeschichte des etwa stubenfliegengroßen Insekts, das zur Fliegenfamilie der Tachinidae gehört. Man schrieb das Jahr 1995, als der US-Forscher Ronald Miles mit Kollegen damit begann, erwachsene, weibliche Exemplare der Spezies auf Wachsplatten zu kleben, nachdem er ihnen sauber den Kopf abgetrennt hatte. Miles und sein Team wollten dem legendären Hörvermögen von Ormia ochracea auf den Grund gehen. Der Kopf des Tieres störte dabei, weil sich die beiden Ohren am Rumpf gleich hinter dem Kopf befinden - also dort, wo der Mensch seine Schultern hat.

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Der von den texanischen Forschern entwickelte Hörchip. Das Feld in der Mitte entspricht der intertympanischen Brücke, oben und unten liegen die beiden Ohren. (Bild: N. Hall/UT Austin)

Die parasitisch lebende Fliege verfügt nämlich über eine in der Tierwelt einzigartige Fähigkeit: Sie kann die Quelle bestimmter Geräusche auf einen Winkel von nur zwei Grad genau bestimmen. Das ist nicht nur genauer, als es der Mensch vermag. Es ist auch deshalb so erstaunlich, weil Ormia ochracea so klein ist. Dazu muss man wissen, wie das Richtungshören normalerweise funktioniert: Das Gehirn registriert, wie viel später der Schall bei dem der Quelle abgewandten Ohr ankommt und wie groß der Lautstärkeunterschied zwischen beiden Ohren ist. Dazu brauchen die beiden Ohren aber einen gewissen Abstand. Der Schalldruck nimmt nämlich mit der Entfernung ab.

Dass wir auf diese Weise in Stereo hören können, ist an sich schon ein kleines Wunder. Doch bei Ormia ochracea liegen die beiden Ohren nur 1,5 Millimeter auseinander. Ihr Abstand beträgt gerade einmal ein Fünfzigstel der Wellenlänge des Tons, auf den die Fliege spezialisiert ist: des typischen Rufs einer männlichen Grille aus der Familie der Gryllidae. Das Weibchen lokalisiert damit nachts oder in der Dämmerung den Ort, an dem es seine Eier ablegen wird: Der befindet sich auf der Grille, von der sich die geschlüpften Larven später ernähren werden.

Ein schwingendes System wird vom Schall bewegt

Wie Ormia ochracea den Hörtrick vollführt, haben zuerst Miles und seine Kollegen gezeigt. Das Hörorgan der Fliege besteht demnach aus zwei kleinen Mulden (tympanische Gruben), über die ein dünnes Trommelfell (Tympanum) gespannt ist. Eine hautähnliche Struktur, die intertympanische Brücke, verbindet die beiden Ohren. Trommelfelle und Brücke bilden dadurch ein schwingendes System, das vom Schall in Bewegung versetzt wird. Es verstärkt das Eingangssignal ungefähr auf das Zwanzigfache.

Das reicht aber noch nicht. Den Rest erledigt die Software: eine geschickte Platzierung und Abstimmung der druckempfindlichen Nervenzellen, die am Grunde der Hörgruben den eintreffenden Schall registrieren. Die maximal 100 Meldezellen gehören zu drei unterschiedlichen Typen, die jeweils auf bestimmte Art auf ein Signal reagieren. Typ 1 etwa gibt nach einer Anregung genau einen elektrischen Impuls ab, Typ 2 reagiert mit zwei bis vier Impulsen. Das Zusammenwirken aller drei Zelltypen erfolgt so synchronisiert, dass sich die Maxima und Minima des Signals verstärken und auch kleinste Unterschiede für die Fliege feststellbar werden.

Mikrofone und Hörhilfen

Dass das auch für den Menschen ein interessantes Upgrade wäre, haben Wissenschaftler schon kurz nach Miles' Entdeckung festgestellt. Zunächst hat man versucht, nach ähnlichem Prinzip Mikrofone mit guter Richtcharakteristik herzustellen, von IBM gibt es zum Beispiel ein Patent dazu. Interessanter wäre aber eine Anwendung als Hörhilfe. Derzeit können entsprechende Geräte zwar Menschen mit Hörbeeinträchtigung gut helfen. Richtungshören vermitteln diese aber nicht. Im Fachmagazin Applied Physics Letters stellen Forscher der University of Texas jetzt einen Nachbau des Ormia-ochracea-Ohrs in Silizium vor.

Die etwa 9 Quadratmillimeter große, mikromechanische Konstruktion konnte bei einer Seitenlänge von 2,5 Millimetern Geräusche auf zwei bis sechs Grad genau lokalisieren. Wie interessant die Entwicklung ist, lässt sich wohl auch daran ablesen, dass ein Teil der Finanzierung von der Darpa kam, der Forschungsbehörde des US-Militärs. Für die Zukunft hoffen die Forscher, die Richtung nicht nur zweidimensional, sondern räumlich bestimmen zu können.