Die Sprache der Orcas

Für Spong, aber auch für andere Forscher, wie etwa den IT-Experten Elmar Nöth, handelt es sich bei solch komplexer Kommunikation klar um eine eigene Sprache, da sie semantischen Regeln folgt. Bei menschlichen Sprachen entspräche das etwa der Kombination von Wörtern und Wortgruppen, durch die Bedeutung entsteht. Erst solche Regeln machen aus einer Kommunikation – etwa einem einfachen Warn- oder Begrüßungsruf – eine Sprache. Damit können komplexe und abstrakte Informationen geteilt werden – wie Orcas es etwa bei der Jagd tun.

Gehirn, Gefühl und Gehör

Die hirnanatomischen Voraussetzungen für solch eine komplexe Sprache haben Orcas auf jeden Fall, meint die Neurowissenschaftlerin und Delfinspezialistin Lori Marino. Die Gehirne der Wale sind mit bis zu neun Kilogramm die schwersten im Tierreich, ähnlich groß und komplex wie menschliche. Im Vergleich zu Menschen haben Zahnwale aber noch ein zusätzliches Hirnareal zur Verarbeitung von Gefühlen und Gedanken – Gefühle mitzuteilen sei für sie offenbar sehr wichtig, so Marino. Auch sind die Hirnareale für Akustik bei Schwertwalen besonders stark entwickelt, sie haben sogar noch ein zweites Hörzentrum. Das ist nicht verwunderlich, denn der Hörsinn ist der wichtigste Sinn der Wale – während ihr Sichtfeld begrenzt ist. Da sich Schallwellen unter Wasser sehr gut ausbreiten, nutzen Wale Schall darum nicht nur für eine hörbare Kommunikation, sondern auch zur Orientierung.

Diese Orientierungslaute, Klicks genannt, bekam der Biologe und Bioakustikexperte Frank Thomsen am eigenen Körper zu spüren. Er erforschte in den 1990er Jahren die Kommunikation der Northern-Resident-Orca-Familien, unter anderem mit einem aus dem Kajak ins Meer gehängten Mikrofon. „Das Weibchen A 36 hatte sich zu mir umgedreht, ihr Sonar auf mich gerichtet und kam dann hinter mir hergeschwommen“, erinnert er sich. „Dabei habe ich ihre Sounds durch die Vibration am Kajakrumpf gespürt.“

Mit seinem Hydrofon nahm Thomsen aber auch die lauten Rufe und die leiseren, zwitschernd-schrillenden Pfiffe der Orcas auf und analysierte sie: „Im Spektrogramm kann man die Dauer, Lautstärke und Frequenzen der Laute analysieren“, erklärt er. Rufe, in der Fachsprache „Calls“ genannt, sind über 10 bis 20 Kilometer hörbar und wichtig für die Kommunikation über längere Distanzen beim Wandern oder Jagen. Jeder Ruf besteht aus vielen einzelnen Lauten mit variierenden Höhen und Tiefen, „pulsierend“ nennen das die Forscher. Viele Rufe sind stereotyp, sie werden ähnlich immer wieder und von verschiedenen Walen genutzt. Allerdings können sie dabei Abweichungen in Dauer und Tonhöhe zeigen. „Möglicherweise“, meint Frank Thomsen, „übermitteln die Orcas damit noch zusätzliche Informationen.“

Akustische Clans und Familiendialekte

Vor British Columbia haben Forscher die Orcas auf der Basis ihrer Laute in Gruppen unterteilt. So bestehen die Northern Residents aus mehreren akustischen Clans mit jeweils eigenem Lautrepertoire, das sie ihrem Nachwuchs beibringen. Ein Clan besteht aus mehreren Familien. Jede Familiengruppe der lachsfressenden Residents nutzt eine Auswahl der Clan-Rufe als festes Repertoire, Wissenschaftler bezeichnen dies als „Dialekt“. Jeder Dialekt setzt sich aus 7 bis 17 Rufen aus dem Clan-Repertoire zusammen, die über Jahrzehnte hinweg gleich bleiben. Die drei akustischen Clans der Northern Residents teilen also Kultur und Nahrungsvorlieben, ihre Ruf-Dialekte jedoch nur teilweise.

Frank Thomsen hatte es bei seiner Forschung allerdings auf die bis heute noch wenig erforschten Pfiffe abgesehen, die vor allem im sozialen Miteinander der Northern Residents, im Nahbereich, vorkommen. Da sie viel leiser sind, waren sie schwieriger zu erforschen, aber Thomsen war erfolgreich: „Wir haben herausgefunden, dass Northern Residents aus verschiedenen akustischen Clans die gleichen stereotypen Pfiffe benutzen. Die Pfiffe sind also offenbar eine zweite Sprache neben den Rufen. Da Familien verschiedener Clans mit unterschiedlichen Dialekten oft miteinander interagieren, macht das auch Sinn. Junge Wale müssen also sowohl die Rufe ihrer Familie als auch die Clan-übergreifenden Pfiffe lernen.“

Doch was bedeuten die einzelnen Rufe und Pfiffe? Trotz der jahrzehntelangen Forschung sind bisher weder die Orca- noch andere Tiersprachen entschlüsselt. Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz könnte jetzt die entscheidende Wende bringen.

Chat-GPT für Wale

Im Forschungsprojekt DeepAL (Deep Learning Applied to Animal Linguistic) wollen die Informatiker der FAU und die Kognitionsforscherin Rachael Xi Cheng mit den neuen technischen Möglichkeiten der KI-Spracherkennung nach Mustern und Regeln im Orca-Geplauder suchen. Mit dem Orchive der kanadischen Walforscher gibt es schon ein gigantisches Archiv von Orca-Lauten. Deren Bedeutung kann aber erst über den Kontext erschlossen werden: Welcher Wal ruft, welcher antwortet? Erschallt der Ruf beim Wandern, Jagen oder Spielen? Solche Zusatzinformationen sind im OrcaLab-Buch zwar teilweise erfasst – die Forscher nennen dies „Label“ –, doch für die Sprachanalyse sind diese nicht detailliert genug. Darum haben die DeepAL-Forscher auf der Tomorrow in drei Sommern Feldarbeit vor British Columbia neben den Lauten der Wale auch die dazugehörigen Kontextinformationen gesammelt. Außerdem haben sie digitale Werkzeuge für die automatisierte Aufnahme und Bearbeitung noch mehr gelabelter Daten entwickelt: Mit Computerprogrammen wie „ORCA-CLEAN“ und „ORCA-PARTY“ lassen sich die Walrufe aus dem Meereslärm wie Wellen- und Schiffsgeräuschen herausfiltern, dann kann man sie viel besser vergleichen. „FIN-PRINT“ ermöglicht die schnelle automatisierte Foto-Identifikation der einzelnen Wale über ihre Rückenflosse.

In diesem Datenwust suchen die Forschenden nach Wiederkehrendem: Dafür setzen die Informatiker Algorithmen ein, die denen des KI-basierten Sprachmodells Chat-GPT ähneln. Solche Sprachmodelle lernen anhand großer Datensätze, welche Worte und Inhalte immer wieder aufeinanderfolgen – sie erkennen also die Sprachmuster. Damit können die Programme schließlich selbst vorhersagen, welche Worte und Wortfolgen logisch aufeinanderfolgen, und lernen, Sprache zu produzieren – quasi zu sprechen. Dieses Prinzip der Erkennung von Mustern und Regeln, das bei einigen menschlichen Sprachen schon gut klappt, wendet das DeepAL-Team auf Tiersprachen an – wie jetzt bei den Northern-Resident-Orcas.

Wie analysiert man Orca-Rufe?

Die Kognitionsforscherin Rachel Xi Cheng vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung in Berlin ist im DeepAL-Projekt für die Analyse zuständig: In den gesammelten Daten aus Orchive, OrcaLab-Buch, Photo-ID-Katalog und DeepAL sucht sie wiederkehrende akustische Grundeinheiten und Muster der Orca-Lautäußerungen und vergleicht diese mit wiederholt auftauchenden Verhaltensmustern. Durch solche Vergleiche möchte sie die zugrunde liegenden Regeln finden. „Früher“, so erklärt sie, „mussten die Übereinstimmungen und Abweichungen der Orca-Laute manuell gesucht und ausgewertet werden, jetzt helfen uns dabei immer mehr digitale Anwendungen. KI und Machine Learning ermöglichen dann nochmals ein neues Level der Datenverarbeitung und Forschung.“ So dient etwa das Programm „ORCA-SPOT“ der Klassifizierung von Lauten und „ORCA-SLANG“ soll Schwertwal-Ruftypen in großem Maßstab halb automatisch identifizieren. Diese Programme können mittlerweile sogar selbst lernen, damit nimmt die Forschung immer mehr Tempo auf. Für die Analyse werden die aufgenommenen Rufe zunächst automatisch in Sequenzen aus mehreren Lauten zerlegt. Im nächsten Schritt werden dann die Sequenzen in Klassen verschiedener Geräusche sortiert. „Das ist schwierig, weil Wallaute als natürliche Signale eigentlich nicht so klar abgrenzbar sind wie maschinell erzeugte Geräusche. Für die Forschung müssen sie aber dennoch in klar abgegrenzte Klassen eingeordnet werden. Dabei helfen uns feiner abgestufte Unterkategorien: So gibt es innerhalb der Klasse von Ruf-Typen mehrere Ruf-Untertypen“, so die Kognitionsforscherin.

Für die Sortierung müssen Cheng und ihr Team zunächst definieren, was Ähnlichkeit bedeutet und wie sie gemessen werden kann. „Aktuell sind 44 stereotype Rufe der Northern Residents bekannt. In den einzelnen Klassen gibt es aber erhebliche Abweichungen in Länge und Frequenz“, erläutert Cheng. Die Wissenschaftler müssen also überlegen, ob Rufe trotzdem identisch sind und in eine Klasse gehören oder ob diese leichten Ruf-Variationen möglicherweise verschiedene Inhalte bedeuten. In manchen Sprachen, wie etwa Mandarin, erzählt Cheng, beeinflussen nämlich die Tonhöhe und Intonation eines Lauts seine Bedeutung: „Die gleiche Silbe ‚mā‘ bedeutet in einem gleichmäßig hohen Tonfall ‚Mutter‘, während ‚mǎ‘, begonnen mit einem zunächst tiefen Ton, der dann ansteigt, ‚Pferd‘ heißt.“ Ob die Orcas in ihrer Sprache solche Unterschiede machen, müssen die Forscher noch herausfinden.

Worüber unterhalten sich Wale?

Mit immer besserer Technik analysieren Forschende immer mehr Orca-Bestände und ihre Laute in allen Ozeanen, auch das DeepAL-Projekt läuft weiter – die eigentliche Sprachanalyse beginnt erst. Und auch wenn die Geheimnisse ihrer Kommunikation noch nicht gelüftet sind, gibt es erste Einblicke in die Walsprache: Fischfressende Orcas rufen auch in anderen Ozeanen mehr als Meeressäuger-Jäger, und das Ruf-Repertoire gibt Auskunft über die Gruppenidentität – ob bei Orcas vor der russischen Halbinsel Kamtschatka oder den südpolaren Typ-D-Walen.

Die bis zu 20 Kilometer weit hörbaren Rufe dienen der Langstreckenkommunikation und Koordinierung der Gruppenbewegungen, so ist jeder Wal über die Position und das Verhalten jedes einzelnen Familienmitglieds informiert. Isländische Fischfresser stoßen bei der Jagd einige wiederkehrende Rufe aus, die vielleicht mit der Beute – Hering oder Makrele – zusammenhängen.

Bei den kommunikationsfreudigen Northern Residents, mit denen die Orca-Forschung vor über 50 Jahren begann, wurde ein Muster wahrscheinlich schon entschlüsselt: Beim Treffen von zwei von Schwestern geführten Resident-Gruppen, erinnert sich Elmar Nöth, erklang zunächst ein Durcheinander an Rufen. Als die beiden Gruppen sich wieder trennten, beobachteten die Forscher, wie die vorausschwimmenden älteren Weibchen einige Nachzügler riefen, bis diese schließlich zur Gruppe aufschlossen – das könnte eine Aufforderung gewesen sein, endlich mitzukommen. //