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 Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie