Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleines Gehirn vollbringt erstaunliche Leistung

24.06.2016

Der Elefantenrüsselfisch erkundet Gegenstände in seiner Umgebung, indem er seine Augen oder seinen elektrischen Sinn einsetzt – manchmal auch beides zusammen. Wie komplex die Verarbeitung dieser Sinneseindrücke ist, haben nun Zoologen der Universität Bonn mit einer Kollegin aus Oxford herausgefunden. Mit seinem winzigen Gehirn erbringt der Fisch ähnliche Leistungen wie Menschen oder Säugetiere. Die Ergebnisse sind vorab online in den „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS) veröffentlicht. Die Druckausgabe erscheint demnächst.

Der Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii) ist in den Fließgewässern Westafrikas weit verbreitet und jagt in der Dämmerung nach Insektenlarven. Dabei hilft ihm sein elektrisches Organ im Schwanz, das schwache elektrische Impulse aussendet.


Der Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii) nutzt neben seinen Augen auch einen elektrischen Sinn. Sein Name rührt von seinem rüsselartigen Fortsatz am Unterkiefer her.

© Foto: Timo Moritz

In der Haut des Fisches befinden sich zahlreiche Sensoren, die das durch Gegenstände im Gewässer veränderte elektrische Feld wahrnehmen. „Es handelt sich dabei um eine aktive Elektroortung, prinzipiell ähnlich wie die aktive Echoortung von Fledermäusen, die mit Ultraschall ein dreidimensionales Bild ihrer Umgebung wahrnehmen“, sagt Prof. Dr. Gerhard von der Emde vom Institut für Zoologie der Universität Bonn. Darüber hinaus kann sich der Elefantenrüsselfisch auch mit seinen Augen orientieren.

Prof. von der Emde hat nun mit seiner Doktorandin Sarah Schumacher und Dr. Theresa Burt de Perera von der Universität Oxford untersucht, wie der ungewöhnliche Fisch die Informationen aus den verschiedenen Sinneskanälen verarbeitet.

„Die Tiere nutzen normalerweise beide Sinne. Falls erforderlich, zum Beispiel weil einer der beiden Sinne keine Informationen liefert oder sich die Informationen der beiden Sinne stark unterscheiden, können die Fische aber zwischen ihrem Sehsinn und dem elektrischen Sinn hin- und herschalten“, fasst Schuhmacher das Ergebnis zusammen.

Wie sich die Fische mit diesen beiden Sinnen das jeweils beste Bild von ihrer Umgebung verschaffen, überraschte die Wissenschaftler: Wenn die Tiere ein im Aquarium befindliches Objekt zum Beispiel mit dem Sehsinn kennenlernten, konnten sie es auch mit dem elektrischen Sinn wiedererkennen, obwohl sie es nie zuvor elektrisch wahrgenommen hatten.

Fische gaben den zuverlässigsten Sinnesinformationen den Vorzug

Außerdem bewiesen die Fische eine Fähigkeit, die man ihnen bisher nicht zugetraut hatte: Ihr Gehirn gab den Informationen mehr Gewicht, die es für zuverlässiger hielt. Wenn im Nahbereich bis zwei Zentimeter die beiden Sinne unterschiedliche Informationen lieferten, vertrauten die Fische nur den elektrischen Informationen und waren dann für die visuellen Reize „blind“. Bei weiter entfernten Objekten bauten die Tiere hingegen vor allem auf ihre Augen. Sie erfassten die Umgebung am besten, wenn sie ihren visuellen und ihren elektrischen Sinn kombiniert einsetzten.

„Ein Transfer zwischen verschiedenen Sinnen war bisher nur von einigen hochentwickelten Säugetierarten wie Affen, Delfinen, Ratten und Menschen bekannt“, sagt Prof. von der Emde. Ein Beispiel: Menschen bewegen sich in einer dunklen, unbekannten Wohnung tastend vorwärts, um nicht zu stolpern. Geht dann das Licht an, werden die ertasteten Hindernisse ohne Probleme auch mit den Augen wiedererkannt. Säugetiere verarbeiten solche Informationen mit ihrer Hirnrinde. Der Elefantenrüsselfisch verfügt jedoch nur über ein relativ kleines Gehirn und überhaupt keine Hirnrinde – und schaltet trotzdem zwischen den Sinnen hin und her.

Ausgeklügelte Experimentieranordnung

Die Wissenschaftler hatten sich eine sehr ausgeklügelte Untersuchungsanordnung ausgedacht: Der Elefantenrüsselfisch befand sich in einem Aquarium. Davon abgetrennt waren zwei verschiedene Kammern, zwischen denen das Tier wählen konnte. Hinter einer Öffnung zu den Kammern befanden sich jeweils verschiedenförmige Objekte: eine Kugel oder ein Quader. Der Fisch lernte, eines dieser Objekte anzusteuern, indem er mit einigen Insektenlarven belohnt wurde. Daraufhin suchte er wieder nach diesem Objekt, um erneut eine Belohnung zu erhalten.

Wann setzt der Fisch einen bestimmten Sinn ein? Um diese Frage zu beantworten, wiederholten die Forscher das Experiment in absoluter Dunkelheit. Jetzt konnte das Tier nur auf seinen elektrischen Sinn vertrauen. Wie Aufnahmen mit der Infrarotkamera zeigten, gelang ihm die Objekterkennung nur auf nahe Distanzen. Bei Licht war der Fisch dagegen am erfolgreichsten, weil er Augen und elektrischen Sinn für die unterschiedlichen Entfernungen einsetzen konnte. Um herauszubekommen, wann der Fisch allein seine Augen nutzt, machten die Forscher die Objekte für den elektrischen Sinn unsichtbar. Die Kugel und der Quader, die gefunden werden sollten, besaßen nun die gleichen elektrischen Eigenschaften wie das Wasser.

Es waren viele Wiederholungen der einzelnen Experimente notwendig, um mit statistischen Auswertungen auf die Sinnesverarbeitung des Elefantenrüsselfischs schließen zu können. Insgesamt arbeiteten die Wissenschaftler mit zehn Tieren, die quasi im Schichtbetrieb eingesetzt wurden. „Dabei zeigte sich bei den verschiedenen Individuen ein fast identisches Verhalten“, sagt Prof. von der Emde. Deshalb sind sich die Wissenschaftler sicher, dass diese enorme Sinnesleistung nicht nur von einem besonders versierten Exemplar, sondern von allen Elefantenrüsselfischen erbracht werden.

Publikation: Sarah Schumacher, Theresa Burt de Perera, Johanna Thenert & Gerhard von der Emde: Cross-modal object recognition and dynamic weighting of sensory inputs in a fish, PNAS

Kontakt für die Medien:

Prof. Dr. Gerhard von der Emde
Institut für Zoologie
Abt. Neuroethologie/Sensorische Ökologie
Universität Bonn
Tel.: 0228/735555
E-Mail: vonderemde@uni-bonn.de

Weitere Informationen:

http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1603120113 Publikation im Internet

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Elefantenrüsselfisch Gehirn Hirnrinde Insektenlarven

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie