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ICARUS-Projekt: Tausend lebendige Wetterdrohnen

Christian Liehner © Christian Liehner
Christian Liehner
am
Dienstag, 29.03.2022 - 15:41
Icarus-totenkofpschaermer-besendert © MPIAB_MaxCine_C.Ziegler
Die Sender sind so klein, dass selbst Schmetterlinge wie der Totenkopfschwärmer besendert werden können.

Am Anfang stand die Vogelbeobachtung, herausgekommen ist ein technisches System der Satellitenkommunikation, für das sich Weltkonzerne interessieren und „Tech Startups“ die Klinke in die Hand geben. Das Projekt Icarus (International Cooperation for Animal Research using Space) ist ein System zur satellitengestützten Beobachtung von kleinen Tieren wie Vögeln, Fledermäusen oder auch Fischen, die mobil und unerreichbar – und damit auch schwer erforschbar – ihre Wanderungen zurücklegen.

Einer Forschungsgruppe um den Konstanzer Prof. Martin Wikelski ist es gelungen, nicht nur Sender zu entwickeln, die gerade einmal die Größe eines Fünf-Cent-Stücks haben, sondern auch ein funktionierendes Kommunikationssystem zu erfinden, mit dem kleinste Datenmengen versendet, auf der Internationalen Raumstation (ISS) verarbeitet und zurückgeschickt werden können.

Icarus-Sender im Größenvergleich mit einem Fünfcentstück.

Der Mann, der die Russen überzeugen konnte, in einem mehrstündigen Außeneinsatz eine drei Meter lange Antenne an ihr Modul der ISS zu bauen – Prof. Wikelski – spricht mit angenehmer Stimme mit süddeutschem Einschlag und berichtet mit Begeisterung von den Potentialen des Projekts. Seit März dieses Jahres ist das System online. Und bereits mehrere tausend Sender sind für mehr als 100 globale Forschungsgruppen im Einsatz. Geht es nach Wikelski, sollen es so bald wie möglich 100.000 besenderte Tiere werden. Die Minisender sind dabei ein „Fahrtenschreiber“ des gesamten Lebens eines markierten Tieres. Vital- und Bewegungsdaten ebenso wie Luftdruck und Umgebungstemperatur können ausgelesen werden. Aus jedem einzelnen Tier wird so ein intelligenter Sensor, der mit seiner Umgebung interagiert.

Der 6. Sinn von Tieren: Alles nur Physik?

Adultes Amselmännchen mit Icarus-Sender ausgestattet.

Das Verhalten eines einzelnen Tiers ist für uns oft rätselhaft, es erklärt sich erst aus dem Kollektiv. Der viel beschworene „6. Sinn“ von Tieren ist für Wikelski jedoch nichts Metaphysisches, sondern ein physikalisches Prinzip. Wenn sich viele Tiere als intelligente Sensoren in einem Austausch befinden, bilden sie ein Messsystem, das viel sensibler ist, als es die Wahrnehmung eines Einzeltieres je sein könnte. Icarus mit seinen vielen Sendern soll diesen Informationsspeicher für uns Menschen nutzbar machen.

Icarus-Aetna-Ziegen © MPIAB_MaxCine_Ziegen_Etna1

Am Ätna konnte sich das Forschungsprojekt bereits beweisen, ein Vulkanausbruch machte sich Stunden vorher am Verhalten der Bergziegen bemerkbar.

Ziegen als "Alarmanlage" am Vesuv

Dass das funktioniert, belegen erste Erfahrungen aus Italien. Wikelski besenderte Ziegen am Ätna, einem aktiven Vulkan auf Sizilien. Als die Tiere ein bis dahin unbekanntes Verhalten zeigten, scherzten die Forscher noch – vier Stunden später brach der Vulkan aus.

Aber noch viele andere Tiere sind bereits im Dienste der Wissenschaft unterwegs. Die französische Armee untersucht in Polynesien mit Icarus-Sendern wie Taifune entstehen. Geier und Fregattvögel über Kuba sollen unser Wissen über Hurricans in der Karibik erweitern. Spezialisten wie die Schneegeier im Himalaya fliegen auf 8.500 Metern und messen dort Turbulenzen, Luftfeuchtigkeit und Temperatur – essenziell für die Kletterer am Mount Everest, deren Leben von präzisen Wettervorhersagen abhängt. Das alles ohne Betankung oder große Reisekosten.

Im ersten Corona-Lockdown wurde der Wetterbericht allgemein unpräziser, weil deutlich weniger Flugzeuge in der Luft Daten sammelten. Würden die Flugzeuge durch besenderte Tiere ersetzt, in Höhenlagen, die für unser Wetter viel relevanter sind, könnte die Vorhersage in naher Zukunft sogar noch viel genauer werden. Warnungen vor Starkwetterereignissen, wie wir sie auch in Deutschland erst kürzlich erlebt haben, könnten exakter erfolgen. Auch für die Verfolgung von Krankheitserregern und Seuchenzügen ist es relevant, die Zugwege von Vögeln zu kennen. Aber die Tiere schützen nicht nur uns, auch sie selbst können dank der Sender besser geschützt werden.

Tiere schützen Tiere im Nationalpark

Bei einem Projekt mit 1.000 Sendern im Krüger Nationalpark (Südafrika) bekommen ganz unterschiedliche Tierarten von Giraffen, über Zebras, Impalas oder auch Affen Icarus-Sender und Beschleunigungssensoren (urspünglich aus der Airbag-Entwicklung), die ihr Verhalten aufzeichnen. Kommen nun Wilderer in den Park, schlagen die Arten spezifisch an und es können Maßnahmen ergriffen werden.

Denn – und das ist Wikelski wichtig: „Die Daten gehören uns ja nicht allein. Die Daten gehören den Tieren. Wir machen sie für uns nutzbar, aber unser ethischer Anspruch ist es auch, die Tiere zu schützen.“Bemerkenswert an dem Forschungsprojekt ist dessen Internationalität. Das Icarus-Projekt stellt Senderkits an Forschungsgruppen zur Verfügung, die sich darum bewerben. „Die globale Vernetzung, die wir jetzt schon im Projekt haben, ist etwas ganz Besonderes, das hat es auch in anderen Fachbereichen so noch nicht gegeben.“

Die freie Verfügbarkeit der wissenschaftlichen Daten ist jedoch Grundvorraussetzung. „Nur dann können Ideen und Forschungsansätze konsequent weitergeführt werden und die Zahl und Qualität der Studien, die sich mit den Daten beschäftigen, ist viel höher“, so Prof. Wikelski.

Bei Icarus kommunizieren die Tiersender in kleinen Datenpaketen mit der ISS, die die Informationen an das Bodenkontrollzentrum weiterleitet. Alle Daten werden schließlich der Forschung zugänglich gemacht.

Dass sich gerade Russland mit seiner Weltraumorganisation so eingebracht hat, war damals noch scheinbar ein besonderer Glücksfall. Nachdem die NASA dem „Vogelprojekt“ müde abgewunken hatte, nutzte Wikelski die Möglichkeit, seine Forschung einem absoluten Space-Pionier des Roskosmos vorzustellen. Die Aussicht, den Zug der Stare, die schon der Großvater auf seiner Datscha beobachtete, zu ergründen, rührte den Russen an der Seele. Unter dessen persönlicher Fürsprache konnte das Projekt auf den Weg gebracht werden, zumal Russland mit seinen immensen Entfernungen großes Interesse an Satelliten-Kommunikation hat.

Icarus-ISS-Antenne-im-Labor © MPIAB_MaxCine_ ICARUS Project

Antenne beim Testlauf am Boden, bevor sie auf die ISS geschickt wird. Diese Antenne kommuniziert mit den ICARUS-Sendern.

Voller Einsatz

Überhaupt war und ist das Projekt nur über vielfachen persönlichen Einsatz realisierbar: ein Projektleiter, der sich in fast zwei Jahrzehnten nicht von seiner Forschungsidee abbringen ließ, ehrenamtliche Beringer, die sich nun auf das Anbringen der Sender spezialisiert haben, Ingenieure und Raumfahrtexperten, wissenschaftliche Mitarbeiter und viele andere.

Übrigens: Auch in und über Deutschland sind die ersten besenderten Tiere – Watvögel und Turmfalken – unterwegs. Hier lohnt sich ein Blick in die offene App „Animal Tracker“, die das Projekt zur Verfügung stellt. Im Herbst wird dann schon ein ganzer Schwung Zugvögel aus Richtung Russland erwartet. Besondere Unterstützung erfährt das Projekt immer wieder aus der Bevölkerung, wenn besenderte Tiere ausfallen. Im Rahmen einer digitalen „Schnitzeljagd“ für Interessierte, die Forscher nennen es „Biocache“, wurden die letzten verfügbaren Positionen herausgegeben und die Abenteurer sammelten die Sender innerhalb weniger Stunden ein. Das funktionierte sogar bis nach Nordafrika hinein.

Kampf um Fördermittel

Trotz der sich bereits abzeichnenden Forschungserfolge und breitem Interesse in der Fachwelt stand die Finanzierung von Icarus immer auf tönernen Füßen. Aktuell steht das Projekt an einem Punkt, wo ein Wildforschungskonzept die technische Speerspitze der weltweiten digitalen Ground-to-Space-Kommunikation bildet und technische Standards setzt: „Made in Germany“.

Ein Vorsprung, der aber auch schnell wieder verspielt ist. „Die Anträge für weitere Mittel laufen – das Projekt steht spitz auf Knopf – ich bin selbst gespannt, wie es weitergeht“, fasst Wikelski die Situation zusammen. „Die amerikanischen Foundations haben die Situation erkannt, hier scheint das nicht richtig anzukommen.“ Etwa zwei Mio. Euro fehlen für die nächste Produktionsstufe an Sendern. Das sind im Vergleich Betriebskosten weniger Tage eines Forschungsschiffs – die Icarus mit seiner Technik schon bald zumindest teilweise obsolet machen könnte.

Wie geht es weiter?

Gut 19 Jahre und viel Überzeugungsarbeit hat es gebraucht, bis aus einer Idee ein funktionierendes Forschungssystem geworden ist. 2021 ging Icarus live, seine Entwickler sind im Kopf schon wieder Jahre voraus. Die nächste Entwicklung – neben technischen Verbesserungen – soll ein Sender von der Größe einer Zecke sein, bei der das Tier gar nicht mehr mitbekommt, dass es gerade besendert wurde. Und auch die alte Frage, ob die Aale wirklich alle in die Sargossa-See ziehen, soll endlich geklärt werden …

Einen Einblick in die Datenlage der „Movebank“, in der die Daten aus Icarus gesammelt werden, finden Sie über den Link. Die App „Animal Tracker“ und Informationen zum Forschungsprojekt unter www.icarus.mpg.de.


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