Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/icarus-forscher-beobachten-tiere-via-iss-1811-137720.html    Veröffentlicht: 16.11.2018 12:03    Kurz-URL: https://glm.io/137720

Icarus

Forscher beobachten Tiere via ISS

Dass Vögel wandern, ist seit langem bekannt. Wir haben auch eine Idee, wohin sie ziehen. Aber ganz genau wissen wir es nicht. Das wird sich ändern: Im Rahmen des Projekts Icarus wollen Forscher viele Tiere mit kleinen Sendern ausstatten und so ihre Wanderrouten verfolgen. Die Daten kommen über die ISS zur Erde.

Es ist Herbst und die meisten Zugvögel sind schon weg. Doch nicht alle Vögel einer Art verbringen den Winter in wärmeren Gefilden. Aber wohin fliegen sie sonst? Einige Arten zeigen nicht einmal ein einheitliches Verhalten: So ziehen einige Amseln weit nach Süden, andere nur in etwas wärmere Gegenden während wieder andere sogar bleiben.

Dass viele Vögel regelmäßig den kalten Norden im Winter verlassen, ist bekannt. Aber noch immer rätseln Forscher, wie die Tiere zielsicher ihren Weg nach Süden und im folgenden Frühjahr wieder zurück finden. Es gibt viele Versuche, den Zugvögeln zu Lande oder in der Luft zu folgen - doch verlieren die Forscher meist schnell ihre Spur. Funksender auf den Tieren ermöglichen eine Ortung per Peilsender, was aber nicht wirklich ausreicht, um die Wanderbewegungen zu verfolgen. Andere Sender übertragen ihre Daten über Mobilfunk - aber auch nur dort, wo es Empfang gibt. Neue Technik soll es möglich machen, die unterschiedlichsten Tiere über weite Strecken zu verfolgen - mit Hilfe eines Satelliten aus dem All.

"Wir beobachten im Grunde genommen alle Tiere, die wandern", sagt Uschi Müller im Gespräch mit Golem.de. Sie arbeitet am Max Planck Institut für Ornithologie (MPIO) in Radolfzell am Bodensee und ist Koordinatorin für International Cooperation for Animal Research Using Space, kurz: Icarus, ein Projekt, in dem Wissenschaftler wandernde Tiere auf der ganzen Welt beobachten wollen.

Die Tiere werden mit einem kleinen Sender, dem sogenannten Tag, einem etwa zwei Kubikzentimeter großen, fünf Gramm schweren Kästchen ausgestattet. Das ist klein und leicht genug, um es auch einem Singvogel wie einer Amsel anzulegen. "Alle Tiere, die 90 bis 100 Gramm auf die Waage bringen, können mit diesen Tags besendert werden", sagt Müller. Den Amseln wird der Sender mit einer Art kleinem Rucksack angelegt. Aber natürlich werden auch größere Säugetiere damit ausgestattet. Sie bekommen den Sender ans Ohr geklippt.

In dem Kästchen befindet sich eine Reihe von Sensoren: GPS für die Positionsbestimmung, ein Beschleunigungsmesser, um das Verhalten eines Tieres zu beobachten, Magnetometer, um die Ausrichtung relativ zum Magnetfeld der Erde zu erfassen, Sensoren, die den Luftdruck, die Feuchtigkeit und die Temperatur messen. Eine Solarzelle und ein Akku liefern den Strom dafür. "Das ist wie eine kleine Wetterstation, die zusätzlich noch Positionen und Beschleunigungswerte aufzeichnen kann", erklärt Walter Naumann im Gespräch mit Golem.de. Er ist Chef des Unternehmens I-GOS aus Immenstaad, das die Tags entwickelt hat und baut.

Die Daten kommen über die ISS zur Erde

Schließlich hat der Tiersender noch eine Kommunikationseinheit, um die Daten vom Tier zu den Wissenschaftlern zu übertragen - über einen Umweg über die Internationale Raumstation (International Space Station, ISS): Die Tiersender funken die Daten, die sie gesammelt zur ISS, die dafür mit einer eigens dafür gedachten Antenne ausgestattet wurde. Über den normalen Kommunikationskanal der Station kommen zu den Bodenstationen in Russland und dann via Kontrollzentrum in Moskau zum Projekt.

Das ermöglicht es erstmals, Tiere weltweit auf ihren Wanderungen zu beobachten - und zwar nicht nur lokal, sondern weltweit und mit vielen Arten. In erster Linie geht es den Forschern darum, neue Erkenntnis über das Verhalten zu gewinnen: Welche Tiere wandern? Welche Routen nehmen sie? Wo machen sie Rast? Wo suchen sie nach Nahrung? Wie orientieren sie sich? Wo und warum sterben sie? "Aber", sagt Müller, "wir sind nicht nur am Verhalten der ziehenden Vögel interessiert, wir haben verschiedenste wissenschaftliche Fragestellungen."

Tiere weisen auf Katastrophen hin

Dazu gehört der Schutz bedrohter Arten wie etwa Nashörner, Elefanten oder große Raubkatzen. Sind ihr Verhalten, ihre Wanderungen und Wege bei der Nahrungssuche bekannt, kann die Lage oder die Größe von Schutzgebieten darauf angepasst werden. Über die Tierwanderungen lassen sich auch weitergehende Erkenntnisse gewinnen: Etwa die Ausbreitung von Pflanzen: Tiere fressen Pflanzen und deren Samen, scheiden sie aus und tragen so zur Verbreitung der Pflanzen bei. Icarus soll es beispielsweise ermöglichen, ökologische Veränderungen vorherzusagen.

Das System soll auch bei der Vorhersage und Bekämpfung schädlicher Phänomene helfen: Störche beispielsweise rasten auf ihrem Weg nach Süden oft am Südrand der Sahara in der Nähe der Brutstätten von Heuschrecken. "Hier zeigen uns die Vögel an, wo sich die Brutstätten der Insektenschwärme genau befinden. So kann gegen die Schädlingsplagen vorgegangen und Hungersnöte können vermieden werden", sagt Icarus-Initiator und -Leiter Martin Wikelski.

Eine Beobachtung von Zugvögeln könnte dazu beitragen, die Ausbreitung von Krankheiten wie beispielsweise der Vogelgrippe zu verhindern: Sind die Wege bekannt, die die Zugvögel von Ostasien, wo die Krankheit ihren Ausgangspunkt hat, nehmen, könnten Strategien entwickelt werden, um die Ansteckung anderer Tiere wenn nicht zu verhindern so zumindest doch einzudämmen.

Schließlich lassen sich vermutlich sogar Katastrophen mit Hilfe von Icarus vorhersagen. Tiere verhalten sich vor Vulkanausbrüchen oder Erdbeben anders als sonst. Das haben die Forscher in zwei vorbereitenden Projekten für Icarus nachweisen können: In einer zweijährigen Studie untersuchten sie am Ätna das Verhalten von Ziegen, die mit Sendern ausgerüstet waren. Diese sagten mehrfach bis zu fünf Stunden vorher durch signifikant verändertes Verhalten einen großen Ausbruch voraus, erzählt Projektkoordinatorin Müller. Auch das Erdbeben in Mittelitalien im Herbst 2016 hätte sich sehr wahrscheinlich vorhersagen lassen - anhand des Verhaltens besenderter Tiere auf Bauernhöfen in der Region.

Bei diesen Studien wurden die Daten mit Handgeräten, vergleichbar mit Funkgeräten oder fest installierten Basisstationen, erfasst. Diese ermöglichen es, die Daten zeitecht auszulesen. Das ist bei der ISS nicht der Fall: Die Station fliegt in einer relativ niedrigen Umlaufbahn und ist deshalb immer nur etwa acht Minuten am Himmel sichtbar. Die Häufigkeit der Überflüge hängt von der Position ab: In unseren Breiten sind es vier am Tag, am Äquator kann es bis zu 60 Stunden bis zum nächsten Überflug dauern. Das verhindert eine zeitechte Datenübertragung und reduziert die Menge der übertragenen Daten.

Der Tiersender errechnet, wann die ISS seinen Standort, den er über GPS bestimmt, das nächste Mal überfliegt. Zu dem errechneten Zeitpunkt aktiviert er sich und lauscht auf ein Signal, das die Icarus-Antenne ausstrahlt. Dieses Signal enthält die Bahndaten der Raumstation. "Anhand der präzisen Daten kann der Tiersender ausrechnen, wann der schmale Empfangsbereich der Empfangsantenne über ihn hinwegstreicht. Zu dem Zeitpunk wird dann ein Datenpaket abgesendet, in dem wir um die 20 GPS-Positionen übermitteln können. Das heißt der Tiersender sammelt über die Zeit die Daten und schickt sie während des Überflugs der Raumstation als Paket ab.", erklärt Naumann.

Ein Sender speichert 500 MByte

Das sei nicht viel - aber verglichen mit dem, was bisher an Daten zur Verfügung stehe, sehr viel. Auch mit nur wenigen Datenpunkten lasse sich das Verhalten eines individuellen Vogels erfassen: Ob er überhaupt ziehe, und wenn ja, ob bis Frankreich, bis Spanien oder noch weiter. Jede Position, die man von so kleinen Tiere bekomme, sei wissenschaftlich wertvoll, sagt Naumann. Außerdem sei das ja nicht alles: Ein Tiersender habe eine Speicherkapazität von 500 MByte. Wenn der Wissenschaftler weiß, dass sich ein Tier gerade länger in einem Gebiet aufhält - zum Brüten oder zum Überwintern -, kann er vor Ort auch den Speicher mit dem Handgerät per Funk auslesen.

Wenn schließlich das Tier stirbt, soll der Sender eingesammelt werden. "Man hat im günstigsten Fall eine Position, weiß, dass das Tier nicht mehr - das kann man zum Beispiel mit dem Beschleunigungssensor feststellen - und versucht dann den Tiersender zu finden, was heute mit bestehenden Systemen schon erstaunlich gut funktioniert.", erzählt Naumann. Dann sei es kein Problem, alle Daten auszulesen

Tiere zu besendern und Daten über sie zu sammeln, ist nichts Neues. In drei Punkten unterscheide sich Icarus aber von früheren Projekten, sagt Naumann.

Daten sollen Open Source werden

Da ist zunächst die Miniaturisierung, die es erst möglich gemacht hat, komplexe Technik in einem kleinen Kästchen unterzubringen. Und es soll noch weiter gehen: "Es gibt den dringenden Wunsch aus der Wissenschaft der weiteren Reduzierung der Masse", sagt Naumann. Ein Gramm sollen die Sender in Zukunft nur noch wiegen, damit auch sehr kleine Vögel wie Schwalben oder sogar größere Insekten besendert werden können. "Die können wir mir heutigen Technologien eigentlich noch nicht realisieren. Da muss einfach noch ein bisschen Technologie Entwicklung passieren."

Bisher war die Beobachtung auf ein bestimmtes Gebiet beschränkt. Da die Datenempfangsantenne in rund 400 Kilometern Höhe rund um die Erde kreist, ermöglicht Icarus erstmals die globale Beobachtung von Tiere. Da viele Tiere besendert werden sollen und der Abtastbereich der Antenne relativ klein ist, muss das System in der Lage sein - und das ist die dritte Neuerung, viele Tiersender gleichzeitig zu erfassen.

Der Empfänger könne viele Datenpakete gleichzeitig empfangen, sagt Naumann. "Das heißt, zwei gleichzeitig gesendete Signale löschen sich nicht aus oder stören sich nicht. Wir können aufgrund der Rechenleistung, die wir auf der Raumstation haben, knapp 100 Signale gleichzeitig detektieren." Sendeten mehrere Tiersender gleichzeitig, dann erfasse das System die 100 stärksten Signale. "Es ist nicht so, dass sich das dann irgendwann komplett stört. Wir können immer die 100 stärksten empfangen."

Die Daten werden auf der Erde in einer zentralen Datenbank, der Movebank, gespeichert. "Alle wissenschaftlichen Institutionen, die sich Icarus anschließen und mit Icarus arbeiten, sind angehalten, ihre Daten in unserem Datenarchiv Movebank zu archivieren", erzählt Projektkoordinatorin Müller. Drei Jahre lang seien sie gesperrt, damit die Forscher Zeit hätten, sie auszuwerten und ihre Ergebnisse publizieren zu können. Danach werden Daten frei verfügbar, allerdings mit Ausnahmen: "Wir werden keine GPS-Daten veröffentlichen, wo sich gefährdete Tierarten befinden." Ein Komitee werde jeweils entscheiden, welche Daten offen sein können und welche nicht.

Die Idee zu Icarus hatte Anfang des Jahrtausends Martin Wikelski. Der heutige Direktor des MPI in Radolfzell lehrte damals in den USA und suchte nach Möglichkeiten, kleine Tiere durchgehend zu beobachten. In Gesprächen mit Forschern anderer Disziplinen entstand das Konzept mit der Antenne im All und den kleinen Sendern.

Wikelski stellte es der US-Raumfahrtbehörde National Aeronautics and Space Administration (Nasa), die es aber ablehnte. Anders dagegen das Pendant diesseits des Atlantiks: Die Europäische Raumfahrtagentur (European Space Agency, Esa) war begeistert und half Wikelski bei der Umsetzung. 2012 wurde Icarus mit großer Unterstützung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Roskosmos, dem russischen Zentrum für Raumfahrt, als deutsch-russisches Gemeinschaftsprojekt gegründet.

Zwei Kosmonauten installierten die Antenne

Inzwischen sind alle Vorbereitungen getroffen: Der Onboard-Computer ist seit Oktober vergangenen Jahres auf der ISS, die Antenne flog im Februar mit einem russischen Progress-­Frachter auf die Station. Am 15. August installierten die Kosmonauten Sergei Prokopjew und Oleg Artemjew die Icarus-Antenne in einem sechsstündigen Außenbordeinsatz am russischen Swesda-Modul. Unterstützt wurden sie dabei von Alexander Gerst.

Doch noch verzögert sich der Start des Testprogramms, in dem überprüft wird, ob alles planmäßig funktioniert. Das soll in den kommenden drei bis vier Monaten absolviert werden. Im Frühjahr 2019 soll Icarus einsatzbereit sein. "Dann", sagt Naumann, "kann die Wissenschaft richtig loslegen."  (wp)


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