Forschungsbericht 2018 - Max-Planck-Institut für Psycholinguistik

Geschwätzige Fledermäuse und die Biologie der Sprache

Autoren
Vernes, Sonja C.
Abteilungen
Neurogenetik der lautlichen Kommunikation
Zusammenfassung
Eine der großen offenen Fragen unserer Zeit betrifft die Entwicklung des menschlichen Sprachvermögens und seiner genetischen Basis. Die Untersuchung sprachrelevanter Fähigkeiten an Tieren, wie zum Beispiel das Lernen neuer Lautäußerungen, ermöglicht es, die Grundlagen dieser Eigenschaften zu entschlüsseln. Forschung im Bereich der Genetik, der Neurobiologie und des Verhaltens von Fledermäusen soll unser Wissen über die Ursprünge der lautlichen Kommunikation von Säugetieren voranbringen und letztendlich Einsicht in die biologischen Grundlagen und Evolution menschlicher Sprache gewähren.

Einleitung

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Abb.1: Der Nilflughund (Phyllostomus discolor) gehört zu einer der Laut-lernenden Arten, die in vergleichenden Studien untersucht werden.

Unter den Eigenschaften, die uns als Menschen auszeichnet, spielt Sprache eine entscheidende Rolle – mit Hilfe von Sprache können wir einfache Gedanken austauschen oder ganze Philosophien entwerfen. Unsere Fähigkeit, komplexe und abstrakte Vorstellungen auszudrücken und soziale und technologische Fortschritte zu machen, basiert auf dem Vermögen, mithilfe von Sprache miteinander zu kommunizieren. Deshalb ist Sprache entscheidend für das Verständnis menschlicher Identität und Evolution. Aber wie haben wir diese Fähigkeit im Laufe der Evolution entwickelt und wie ist sie in unserem Erbgut codiert?

Forschung an Tiermodellen trägt zum Verständnis menschlicher Sprache bei

Um diese Fragen zu beantworten, verfolgt die Max-Planck Forschungsgruppe „Neurogenetik der lautlichen Kommunikation“ (NLK) am Max-Planck-Institut für Psycholinguistik einen vergleichenden Ansatz: sie untersucht sprachrelevante Merkmale in Tiermodellen. Vergleichende Studien, über Artgrenzen hinweg, waren schon immer eine treibende Kraft für das bessere Verständnis der Genetik, Physiologie und Evolution komplexer menschlicher Merkmale und auch ihrer Defizite. So wie verschiedene Stadien der Herzentwicklung, aber auch Herzkrankheiten, an Mäusen im Labor untersucht werden können, so können auch sprachrelevante Merkmale und Sprachstörungen bei Tieren untersucht werden.

Dem menschlichen Vermögen, mit Sprache zu kommunizieren, liegt eine Vielzahl von Prozessen zugrunde - einige davon können auch in anderen Tieren gefunden werden. Wenn wir die ersten Versuche eines Kindes beim Erwerb kommunikativer Fähigkeiten betrachten, dann beobachten wir, dass es zunächst Sprache in seiner Umwelt erkennen und wahrnehmen muss. Erst dann kann es diesen Lauten Bedeutung zuordnen und muss schließlich lernen, sie zu imitieren, damit es seine eigenen bedeutungsvollen Sprechlaute produzieren kann. Dieses frühkindliche stimmliche Lernen erfolgt schnell und ohne formale Anleitung, was eine angeborene, biologisch codierte Prädisposition nahelegt. Obwohl kein anderes Tier über Sprache im menschlichen Sinne verfügt, finden sich bei manchen Tieren doch Fertigkeiten, wie stimmliches Lernen, die sie befähigen, Laute nachzuahmen und kommunikativ zu nutzen. Diese Fähigkeiten an Tiermodellen zu untersuchen, wird uns erlauben, sie in ihrer ganzen Komplexität zu verstehen, ihre biologischen Grundlagen zu entschlüsseln und ihre Entstehung nachzuvollziehen.

Geschwätzige Fledermäuse

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Abb. 2: Die Max-Planck-Forscher nutzen genetische, molekularbiologische und neurobiologische Techniken, um das stimmliche Lernen bei Fledermäusen zu untersuchen.

Eine besonders vielversprechende Tiergruppe für das Studium sprachrelevanter Merkmale bilden die Chiroptera (Fledermäuse). Fledermäuse gibt es bereits seit etwa 64 Millionen Jahren und sie repräsentieren mit 18 Familien die zweitgrößte Gruppe der Säugetiere (nach den Nagetieren). Die meisten Fledermausarten sind sehr sozial und leben in engen Gruppenverbänden, die von nur wenigen Tieren bis hin zu großen Kolonien mit Millionen von Artgenossen reichen können. Viele Arten haben ein kompliziertes Lautrepertoire entwickelt, welches sie sowohl zur Orientierung im Raum und zur Jagd nutzen (Echoortungsrufe), aber auch zur innerartlichen Kommunikation (Soziallaute). Besonders um Kommunikationslaute sinngemäß nutzen zu können, müssen Fledermäuse  - wie Menschenkinder auch - Laute von ihren Artgenossen erlernen.

Die Max-Planck-Wissenschaftler untersuchen diese Tiere, um zu verstehen, wie Gene die Fähigkeit zum stimmlichen Lernen und zur lautlichen Kommunikation codieren. Ziel dieser Forschung ist es, unser Wissen über die Ursprünge vokaler Kommunikation von Säugetieren maßgeblich zu erweitern. Sie soll letztendlich zu einem besseren Verständnis der biologischen Grundlagen und Evolution der menschlichen Sprache führen [1].

Von den Genen bis zum Verhalten

Um die biologischen Grundlagen des stimmlichen Lernens bei Fledermäusen zu verstehen, arbeiten die Forscher auf mehreren Ebenen. Auf der Ebene der Genetik geht es darum, die Genome von lauterlernenden Fledermausarten zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde ein internationales Konsortium gegründet, das Wissenschaftler aus aller Welt zusammenbringt, die es sich zum Ziel gesetzt haben, die Genome aller lebenden Fledermausarten zu sequenzieren [2]. Diese Genom-Sequenzen werden es ermöglichen, die Funktion von bestimmten Genen und Gen-Varianten mit stimmlichem Lernverhalten in Verbindung zu bringen.

Die Ergebnisse aus den genomischen Untersuchungen erlauben die Bestimmung und Beschreibung molekularer Mechanismen, die an Gehirnfunktionen beteiligt sind und dadurch stimmliches Lernen ermöglichen. Anhand von Genexpressionsmustern lässt sich außerdem feststellen, welche Gene in bestimmten Gehirnregionen an- oder abgeschaltet sind, um so diejenigen Gennetzwerke zu identifizieren, die die im Fledermausgehirn aktiv und vokalisationsrelevant sind [3].

In Kooperation mit Wissenschaftlern aus Deutschland und den USA untersuchen die Nijmegener Wissenschaftler das stimmliche Lernverhalten verschiedener Fledermausarten und deren neuronale Verschaltung, die diesem Verhalten zugrunde liegt. Die Kombination aus innovativen molekularen und neurobiologischen Techniken und Verhaltensstudien wird neue Einsichten über die genetischen Grundlagen und die neuronalen Netzwerke liefern, die am komplexen kommunikativen Verhalten von Säugetieren beteiligt sind.

Die Forschung an Fledermäusen hat großes Potential für die Sprachwissenschaften. Sie eröffnet neue experimentelle Wege, um die Entwicklung des stimmlichen Lernens bei Säugetieren zu untersuchen und ein Verständnis für funktionelle Parallelen zwischen verwandten Arten zu entwickeln. Dieser integrative Ansatz wird Einsicht in die biologische Codierung komplexer Kommunikationssysteme ermöglichen – ein entscheidender Schritt auf dem Weg zum Verständnis der Evolution der menschlichen Sprache.

Literaturhinweise

1.
Vernes, S.C.
What bats have to say about speech and language.
Psychonomic Bulletin & Review 24, 111-117 (2017)
DOI
2.
Teeling, E.C.; Vernes, S.C.;  Dávalos, L.M.;  Ray, D.A., Thomas, M.; Gilbert, P.; Myers, E.; Bat1K Consortium
Bat Biology, Genomes and the Bat1K project: to generate chromosome level genomes for all living bat species.
Annual review of animal biosciences 6, 12.1–12.24 (2018)
DOI
3.
Rodenas-Cuadrado, P.; Mengede, J.; Schmid, T.A.; Devanna, P.; Yartsev, M.; Firzlaff, U.; Vernes, S.C. 
Mapping the distribution of language related genes FoxP1, FoxP2 and CntnaP2 in the brains of vocal learning
bat species
Journal of Comparative Neurology 526, 1235-1266 (2018) 
DOI
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