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Forschung an der Uni Bonn: Der Ferntastsinn der Fische

Forschung an der Uni Bonn : Der Ferntastsinn der Fische

Forscher der Universität Bonn haben ein dreidimensionales Modell des Seitenlinienorgans entwickelt. Die Technik kann dabei helfen, die Sinneseindrücke von Fischen verständlicher zu visualisieren.

Vom menschlichen Standpunkt aus gesehen sind fremde Sinnessysteme wie der Magnetsinn der Zugvögel oder die elektrische Orientierung vieler Fische nur schwer zu begreifen. Auch eine verstandene Funktionsweise lässt uns längst nicht selbst wahrnehmen, wie die Tiere mit diesen Sinnen ihre Umgebung erfahren.

Doch moderne Technik kann nun dabei helfen, die fremden Sinneseindrücke verständlicher zu visualisieren und noch ungeklärte Fragen zu beantworten. An einem entsprechenden Projekt haben Dr. Hendrik Herzog und Dr. Alexander Ziegler, Biologen der Universität Bonn, in den vergangenen zwei Jahren gearbeitet und so das erste wirklichkeitsgetreue und dreidimensionale Modell des „Seitenlinienorgans“ entwickelt.

Das Seitenlinienorgan ist ein Sinnessystem der Fische und mancher aquatischer Amphibien, das Druck und Bewegung registriert. Im Gegensatz zum menschlichen Tastsinn ist es jedoch ein sogenannter Ferntastsinn und erfordert keine direkte Berührung. Stattdessen empfangen Sinneszellen Informationen über Strömung und Druckveränderung im Wasser. Fische fühlen auf diese Weise Lebewesen, die sich in der Nähe befinden.

Differenzieren zwischen Bachfloh und Räuber

Das Organ ist so sensibel, dass der Fisch anhand der Signalform zwischen Bachfloh und Räuber differenzieren kann. „Unterschiedliche Tiere erzeugen unterschiedliche Signale, die die Fische voneinander unterscheiden können“, erklärt Herzog. „Raubtiere, die ihre Beute einsaugen, reißen schnell das Maul auf, um einen Unterdruck zu erzeugen. Diese Unterdruckwelle ist sehr charakteristisch und kann von den Fischen erkannt werden.“

Das ausgeklügelte Sinnessystem ermöglicht es einigen Fischen sogar, sich in völliger Dunkelheit zu orientieren, indem sie durch ruckartige Bewegungen Wasserströme erzeugen und anschließend die durch die Umgebung erzeugten Verzerrungen messen.

Das präzise Messen der Wassersignale wird durch zwei verschiedene Typen von Sensoren ermöglicht. Zum einen registrieren auf der Oberfläche der Schuppen verteilte und in Gruben liegende Sinnesrezeptoren die Strömungsinformationen. Zum anderen erfassen in Kanälen liegende Rezeptoren Druckunterschiede im Wasser. Obwohl das Seitenliniensystem bereits seit mehr als 100 Jahren untersucht und das Grundprinzip verstanden ist, gibt es noch viele ungeklärte Fragen. Das von Herzog und Ziegler entwickelte Modell soll nun dabei helfen, ein besseres Verständnis des Sinnesorgans zu ermöglichen.

Das Modell basiert auf der Orfe (Leuciscus idus), einer Fischart, die laut Herzog ein Generalist ist. So verlaufen die Kanäle des Seitenlinienorgans normal und der Fisch besitzt keine außergewöhnliche Form. Das mit Hilfe von Birgit Klein, Studentin der Hochschule Bocholt, entwickelte Modell wurde unter Verwendung von mehr als 300 Fotos, Laserscanning und Mikro-Computertomographie erstellt.

Das Hintergrundrauschen wird minimiert

Laut Herzog ermöglicht es, unterschiedliche Strömungssituationen zu simulieren und sich die Sinneseindrücke des Fisches als virtuellen Messparameter ausgeben zu lassen. Hierfür wird eine spezielle Software verwendet, an der man verschiedene Parameter einstellen kann, zum Beispiel Strömungsgeschwindigkeit und -richtung. Für ihre Untersuchungen haben die Forscher zudem kleine, sich neben dem Kopf bewegende Sphären eingefügt, die in der Nähe befindende Lebewesen simulieren.

Ihre Messdaten zeigen, dass die Oberflächenrezeptoren durch ihre vertiefte Position von Wasserströmungen abgeschirmt werden. Schnellere Signale, die von Räubern oder Beutetieren erzeugt werden, erreichen dagegen auch den Grund der Gruben. „Der Fisch kann mit tiefen Gruben das Signal der Fische verstärken, während die Signale der Strömung abgeschwächt werden“, erklärt Herzog. Die in den Gruben liegenden Rezeptoren sind somit eine Anpassung zur Minimierung des Hintergrundrauschens.

Zudem kann das Modell für viele weitere Fragestellungen herangezogen werden. So ermöglicht es morphologische Vergleiche der rund 40.000 Fischarten. Auch die Strömungseigenschaften speziell geformter Fische können untersucht werden. Darüber hinaus eignet sich das Modell ebenfalls für die Untersuchung anderer innerer Organe oder anderer Tiergruppen.

„Wir haben die Methodik erforscht und hier Pionierarbeit geleistet“, erzählt Herzog. „Wir haben den Datensatz auch für Kollegen zur Verfügung gestellt.“ Das Modell kann somit nun weltweit verwendet werden. „Methodisch ist das jetzt eine Spielwiese.“