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 Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie