Sensorische Systeme bei Fischen - Sensory systems in fish
Die meisten Fische besitzen hoch entwickelte Sinnesorgane. Fast alle Tageslichtfische haben ein Farbsehen, das mindestens so gut ist wie das des Menschen (siehe Fischsehen ). Viele Fische haben auch Chemorezeptoren, die für außergewöhnliche Geschmacks- und Geruchssinne verantwortlich sind. Obwohl sie Ohren haben, hören viele Fische möglicherweise nicht sehr gut. Die meisten Fische haben empfindliche Rezeptoren, die das Seitenliniensystem bilden , das sanfte Strömungen und Vibrationen erkennt und die Bewegung von Fischen und Beutetieren in der Nähe wahrnimmt. Haie können über ihre Seitenlinie Frequenzen im Bereich von 25 bis 50 Hz wahrnehmen.
Fische orientieren sich anhand von Orientierungspunkten und können mentale Karten verwenden, die auf mehreren Orientierungspunkten oder Symbolen basieren. Das Verhalten von Fischen in Labyrinthen zeigt, dass sie über ein räumliches Gedächtnis und eine visuelle Unterscheidung verfügen.
Vision
Das Sehen ist ein wichtiges sensorisches System für die meisten Fischarten. Fischaugen ähneln denen von terrestrischen Wirbeltieren wie Vögeln und Säugetieren, haben jedoch eine sphärischere Linse . Ihre Netzhaut hat im Allgemeinen sowohl Stäbchenzellen als auch Zapfenzellen (für skotopisches und photopisches Sehen ), und die meisten Arten haben Farbsehen . Einige Fische können ultraviolettes Licht sehen und andere können polarisiertes Licht sehen . Unter jawless Fisch , das Neunauge hat Augen gut entwickelt, während die hagfish nur primitive haben eyespots . Das Fischsehen zeigt eine Anpassung an ihre visuelle Umgebung, zum Beispiel haben Tiefseefische Augen, die für die dunkle Umgebung geeignet sind.
Fische und andere Wassertiere leben in einer anderen Lichtumgebung als terrestrische Arten. Wasser absorbiert Licht, sodass mit zunehmender Tiefe die verfügbare Lichtmenge schnell abnimmt. Die optischen Eigenschaften von Wasser führen auch dazu, dass Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich stark absorbiert wird, z. noch kürzere Wellenlänge als Blau) wird ebenfalls recht schnell absorbiert. Abgesehen von diesen universellen Wasserqualitäten können verschiedene Gewässer aufgrund von Salzen und anderen Chemikalien im Wasser Licht unterschiedlicher Wellenlänge absorbieren.
Hören
Das Gehör ist für die meisten Fischarten ein wichtiges sensorisches System. Unter Wasser, in dem die Schallgeschwindigkeit höher ist als in der Luft, werden die Hörschwelle und die Fähigkeit, Schallquellen zu lokalisieren, reduziert. Das Hören unter Wasser erfolgt durch Knochenleitung , und die Schalllokalisation scheint von Amplitudenunterschieden abzuhängen, die durch die Knochenleitung festgestellt werden. Als solche haben Wassertiere wie Fische einen spezialisierteren Hörapparat, der unter Wasser wirksam ist.
Fische können Geräusche durch ihre Seitenlinien und ihre Otolithen (Ohren) wahrnehmen . Einige Fische, wie einige Karpfen- und Heringsarten , hören durch ihre Schwimmblase, die eher wie ein Hörgerät funktioniert.
Das Gehör ist bei Karpfen gut entwickelt , die das Webersche Organ besitzen , drei spezialisierte Wirbelprozesse, die Schwingungen in der Schwimmblase auf das Innenohr übertragen.
Obwohl es schwierig ist, das Gehör von Haien zu testen, können sie ein scharfes Gehör haben und möglicherweise Beute in vielen Kilometern Entfernung hören. Eine kleine Öffnung an jeder Seite ihres Kopfes (nicht am Stigmen ) führt durch einen dünnen Kanal direkt in das Innenohr . Die Seitenlinie zeigt eine ähnliche Anordnung, und ist offen an die Umgebung über eine Reihe von Öffnungen genannten Seitenlinie Poren . Dies ist eine Erinnerung an den gemeinsamen Ursprung dieser beiden Schwingungs- und Schallerfassungsorgane, die als Acoustico-Lateralis-System zusammengefasst sind. Bei Knochenfischen und Tetrapoden ist die äußere Öffnung zum Innenohr verloren gegangen.
Stromerkennung
Die Seitenlinie bei Fischen und aquatischen Amphibienformen ist ein Detektionssystem von Wasserströmungen, das hauptsächlich aus Wirbeln besteht. Auch die Seitenlinie reagiert empfindlich auf niederfrequente Schwingungen. Es wird hauptsächlich für die Navigation, die Jagd und die Ausbildung verwendet. Die Mechanorezeptoren sind Haarzellen, die gleichen Mechanorezeptoren für den vestibulären Sinn und das Hören. Haarzellen in Fischen werden verwendet, um Wasserbewegungen um ihren Körper herum zu erkennen. Diese Haarzellen sind in einen geleeartigen Vorsprung namens Cupula eingebettet. Die Haarzellen sind daher nicht zu sehen und erscheinen nicht auf der Hautoberfläche. Die Rezeptoren des elektrischen Sinnes sind modifizierte Haarzellen des Seitenliniensystems.
Fische und einige Wasseramphibien nehmen hydrodynamische Reize über eine Seitenlinie wahr . Dieses System besteht aus einer Reihe von Sensoren, die Neuromasten genannt werden, entlang des Körpers des Fisches. Neuromasten können freistehend (oberflächliche Neuromasten) oder in flüssigkeitsgefüllten Kanälen (Kanalneuromasten) sein. Die Sinneszellen in Neuromasten sind polarisierte Haarzellen, die in einer gallertartigen Cupula enthalten sind. Die Cupula und die Stereozilien , die "Haare" der Haarzellen, werden abhängig von der Bewegung des umgebenden Wassers um einen bestimmten Betrag bewegt. Afferente Nervenfasern werden erregt oder gehemmt, je nachdem, ob die Haarzellen, aus denen sie entstehen, in die Vorzugs- oder Gegenrichtung abgelenkt werden. Laterallinienneuronen bilden im Gehirn somatotope Karten, die den Fisch über Amplitude und Richtung des Flusses an verschiedenen Punkten entlang des Körpers informieren. Diese Karten befinden sich im medialen octavolateralen Kern (MON) der Medulla und in höheren Bereichen wie dem Torus semicircularis .
Druckerkennung
Die Druckerkennung verwendet das Weber-Organ , ein System, das aus drei Wirbelanhängen besteht, die Formänderungen der Gasblase auf das Mittelohr übertragen. Es kann verwendet werden, um den Auftrieb der Fische zu regulieren . Fische wie der Wetterfisch und andere Schmerlen reagieren auch auf Tiefdruckgebiete, aber ihnen fehlt eine Schwimmblase.
Chemorezeption (Riechen)
Das aquatische Äquivalent zum Riechen in der Luft ist das Schmecken im Wasser. Viele größere Welse haben am ganzen Körper Chemorezeptoren , was bedeutet, dass sie alles, was sie berühren, „schmecken“ und alle Chemikalien im Wasser „riechen“. "Bei Welsen spielt die Geschmacksrichtung eine primäre Rolle bei der Orientierung und dem Ort der Nahrung."
Lachs hat einen starken Geruchssinn. Spekulationen darüber, ob Gerüche Anhaltspunkte liefern, reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück. Im Jahr 1951 stellte Hasler die Hypothese auf, dass Lachse , sobald sie sich in der Nähe der Mündung oder des Eingangs zu ihrem Geburtsfluss befinden, chemische Reize verwenden können, die sie riechen können und die für ihren Geburtsstrom einzigartig sind, um sich am Eingang des Baches anzusiedeln . 1978 zeigten Hasler und seine Schüler überzeugend, dass Lachse ihre Heimatflüsse so genau orten, weil sie ihren charakteristischen Geruch erkennen konnten. Sie zeigten außerdem, dass sich der Geruch ihres Flusses in Lachse einprägt, wenn sie sich in Smolts verwandeln, kurz bevor sie ins Meer auswandern. Heimkehrende Lachse können auch charakteristische Gerüche in Nebenflüssen erkennen, wenn sie sich den Hauptfluss hinaufbewegen. Sie können auch empfindlich auf charakteristische Pheromone reagieren, die von juvenilen Artgenossen abgegeben werden . Es gibt Hinweise darauf, dass sie "zwischen zwei Populationen ihrer eigenen Art unterscheiden können".
Haie haben einen scharfen Geruchssinn , der sich im kurzen Gang (der im Gegensatz zu Knochenfischen nicht verwachsen ist) zwischen der vorderen und hinteren Nasenöffnung befindet, wobei einige Arten in der Lage sind, nur einen Teil pro Million Blut im Meerwasser zu erkennen. Haie haben die Fähigkeit, die Richtung eines bestimmten Geruchs basierend auf dem Zeitpunkt der Geruchserkennung in jedem Nasenloch zu bestimmen. Dies ist vergleichbar mit der Methode, mit der Säugetiere die Richtung des Schalls bestimmen. Sie werden stärker von den Chemikalien angezogen, die im Darm vieler Arten vorkommen, und verweilen daher oft in der Nähe oder in Abwasserabläufen . Einige Arten, wie Ammenhaie , haben äußere Barteln , die ihre Fähigkeit, Beute zu spüren, stark erhöhen.
Die MHC- Gene sind eine Gruppe von Genen, die bei vielen Tieren vorhanden und für das Immunsystem wichtig sind ; Generell haben Nachkommen von Eltern mit unterschiedlichen MHC-Genen ein stärkeres Immunsystem. Fische sind in der Lage, einige Aspekte der MHC-Gene potenzieller Sexualpartner zu riechen und bevorzugen Partner mit anderen MHC-Genen als ihren eigenen.
Elektro- und Magnetrezeption
Elektrorezeption oder Elektrozeption ist die Fähigkeit, elektrische Felder oder Ströme zu erkennen . Einige Fische wie Welse und Haie haben Organe, die schwache elektrische Potentiale in der Größenordnung von Millivolt erkennen. Andere Fische, wie die südamerikanischen Elektrofische Gymnotiformes , können schwache elektrische Ströme erzeugen, die sie in der Navigation und sozialen Kommunikation nutzen. Bei Haien sind die Lorenzini-Ampullen Elektrorezeptororgane. Ihre Zahl geht in die Hunderte bis Tausende. Haie nutzen die Lorenzini-Ampullen, um die elektromagnetischen Felder zu erkennen, die alle Lebewesen erzeugen. Dies hilft Haien (insbesondere dem Hammerhai ) bei der Suche nach Beute. Der Hai hat die größte elektrische Empfindlichkeit aller Tiere. Haie finden im Sand versteckte Beute, indem sie die von ihnen erzeugten elektrischen Felder erkennen . Meeresströmungen, die sich im Magnetfeld der Erde bewegen, erzeugen auch elektrische Felder, die Haie zur Orientierung und möglicherweise zur Navigation nutzen können.
Elektrischer Feld-Näherungssensor wird von elektrischen Welsen verwendet , um durch schlammige Gewässer zu navigieren. Diese Fische nutzen spektrale Veränderungen und Amplitudenmodulation, um Faktoren wie Form, Größe, Entfernung, Geschwindigkeit und Leitfähigkeit zu bestimmen. Die Fähigkeiten der Elektrofische, Geschlecht, Alter und Hierarchie innerhalb der Art zu kommunizieren und zu identifizieren, werden auch durch elektrische Felder ermöglicht. EF-Gradienten von nur 5 nV/cm können bei einigen schwach elektrischen Salzwasserfischen gefunden werden.
Der Paddelfisch ( Polyodon spathula ) jagt Plankton mit Tausenden von winzigen passiven Elektrorezeptoren, die sich auf seiner verlängerten Schnauze oder dem Rostrum befinden . Der Paddelfisch ist in der Lage, elektrische Felder zu erkennen, die mit 0,5–20 Hz schwingen, und große Gruppen von Plankton erzeugen diese Art von Signal. Siehe: Elektrorezeptoren in Paddelfischen
Elektrische Fische verwenden ein aktives sensorisches System , um die Umgebung zu untersuchen und eine aktive elektrodynamische Bildgebung zu erstellen.
1973 wurde gezeigt, dass Atlantiklachs Herzreaktionen auf elektrische Felder mit ähnlichen Stärken wie in Ozeanen konditioniert hat. "Diese Empfindlichkeit könnte es einem wandernden Fisch ermöglichen, sich in einer Meeresströmung stromaufwärts oder stromabwärts auszurichten, wenn keine festen Referenzen vorhanden sind."
Magnetozeption oder Magnetorezeption ist die Fähigkeit, die Richtung, in die man blickt, basierend auf dem Erdmagnetfeld zu erkennen . 1988 fanden Forscher heraus, dass Eisen in Form von Single-Domain- Magnetit in den Schädeln von Rotlachs vorkommt . Die vorhandenen Mengen reichen für die Magnetozeption aus .
Lachse wandern regelmäßig Tausende von Kilometern zu und von ihren Brutplätzen.
Lachse verbringen ihr frühes Leben in Flüssen und schwimmen dann ins Meer, wo sie ihr Erwachsenenleben verbringen und den größten Teil ihrer Körpermasse gewinnen. Nach mehreren Jahren, in denen sie riesige Entfernungen im Ozean zurückgelegt haben, wo sie reifen, kehren die meisten überlebenden Lachse zum Laichen in die gleichen Geburtsflüsse zurück . Normalerweise kehren sie mit unheimlicher Präzision in den Fluss zurück, in dem sie geboren wurden: Die meisten schwimmen die Flüsse hinauf, bis sie genau den Laichplatz erreichen, der ihr ursprünglicher Geburtsort war.
Es gibt verschiedene Theorien darüber, wie dies geschieht. Eine Theorie besagt, dass es geomagnetische und chemische Hinweise gibt, die die Lachse verwenden, um sie zurück zu ihrem Geburtsort zu führen. Es wird angenommen, dass sie, wenn sie sich im Ozean befinden, die Magnetozeption in Bezug auf das Erdmagnetfeld verwenden, um sich im Ozean zu orientieren und die allgemeine Position ihres Geburtsflusses zu lokalisieren, und sobald sie sich dem Fluss nähern, verwenden sie ihren Geruchssinn um am Flusseingang und sogar an ihrem Geburtslaichplatz zu Hause zu sein .
Schmerz
Experimente von William Tavolga liefern Beweise dafür, dass Fische Schmerz- und Angstreaktionen haben. In Tavolgas Experimenten zum Beispiel grunzten Krötenfische, wenn sie einen Elektroschock bekamen, und im Laufe der Zeit kamen sie beim bloßen Anblick einer Elektrode zum Grunzen.
Im Jahr 2003 kamen schottische Wissenschaftler der University of Edinburgh und des Roslin Institute zu dem Schluss, dass Regenbogenforellen Verhaltensweisen zeigen, die bei anderen Tieren oft mit Schmerzen verbunden sind. Bienengift und Essigsäure injiziert in die Lippen führte Fisch ihre Körper Schaukeln und reiben sich die Lippen an den Seiten und Böden von ihren Panzern, die die die Forscher den Schluss Versuche, Schmerzen zu lindern waren, ähnlich wie Säugetiere tun würde. Neuronen feuerten in einem Muster, das menschlichen neuronalen Mustern ähnelt.
Professor James D. Rose von der University of Wyoming behauptete, die Studie sei fehlerhaft, da sie keinen Beweis dafür erbrachte, dass Fische "bewusstes Bewusstsein haben, insbesondere eine Art von Bewusstsein, das unserem sinnvoll ähnelt". Rose argumentiert, dass Fische, da sich die Gehirne von Fischen so sehr von menschlichen Gehirnen unterscheiden, wahrscheinlich nicht so bewusst sind wie Menschen, sodass Reaktionen, die den menschlichen Reaktionen auf Schmerzen ähneln, stattdessen andere Ursachen haben. Rose hatte ein Jahr zuvor eine Studie veröffentlicht, in der sie argumentierte, dass Fische keinen Schmerz empfinden können, weil ihrem Gehirn ein Neocortex fehlt . Der Tierverhaltensforscher Temple Grandin argumentiert jedoch, dass Fische ohne Neocortex immer noch Bewusstsein haben könnten, weil "verschiedene Arten unterschiedliche Gehirnstrukturen und -systeme verwenden können, um die gleichen Funktionen zu bewältigen".
Tierschützer äußern Bedenken hinsichtlich des möglichen Leidens von Fischen, das durch das Angeln verursacht wird. Einige Länder, wie Deutschland, haben bestimmte Arten des Fischfangs verboten, und die britische RSPCA verfolgt nun Personen, die grausam gegenüber Fischen sind.
Siehe auch
- Aktive sensorische Systeme
- Gehirn
- Hydrodynamischer Empfang
- Kinocilium
- Geruchssystem
- Wahrnehmung
- Propriozeption
- Sinn
- Sinnesökologie
- Sensorisch-motorische Kopplung
- Sensorischen Neuronen
- Sensorische Neurowissenschaften
- Sinnesorgane von Gastropoden
- Sensorischer Empfänger
- Somatosensorisches System
- Visuelles System
Verweise
Weitere Referenzen
- Collin SP und Marshall NJ (Hrsg.) (2003) Sensory Processing in Aquatic Environments Springer. ISBN 9780387955278 .
- Green, WW und Zielinski BS (2013) "Chemoreception" In: DH Evans, JB Claiborne und S. Currie (Hrsg.) The Physiology of Fishes , 4. Auflage, S. 345–373, CRC Press. ISBN 9781439880302 .
- Popper AN und Fay RR (1993) "Sound Detection and Processing by Fish: Critical Review and Major Research Questions" (2 Teile) Gehirn, Verhalten und Evolution , 41 (1): 14–25. doi : 10.1159/000338719 PDF Teil 1 PDF Teil 2
- Stevens, Martin (2013) Sensorische Ökologie, Verhalten und Evolution Oxford University Press. ISBN 9780199601783 .
- Webb JF, Fay RR und Popper AN (2008) Fisch-Bioakustik Springer. ISBN 9780387730288 .