Die Erforschung der Tiefsee, die 99 Prozent des Lebensraumes auf der Erde ausmacht, konzentriert sich oft auf Bodenschätze. Doch die Tiefsee birgt auch eine Vielzahl von Lebewesen, über die noch wenig bekannt ist. Dieser Artikel beleuchtet die faszinierende Anatomie der Fische, insbesondere ihre Nervensysteme, Sinnesorgane und Gehirne, und wie sie sich an das Leben in den dunklen Tiefen angepasst haben.
Die Herausforderung der Tiefseeforschung
Die Erforschung der Tiefsee ist mit praktischen Problemen verbunden. Die Lebewesen können nicht einfach vor Ort beobachtet werden, und wenn sie an die Oberfläche gebracht werden, sterben sie schnell. Trotz dieser Herausforderungen widmen sich Wissenschaftler wie Prof. Hans-Joachim Wagner von der Universität Tübingen der Erforschung der Sinnesorgane und Wahrnehmungsfähigkeiten von Tiefseefischen, Tintenfischen und Krebsen.
Die Tiefsee: Eine Welt der Dunkelheit und des Lichts
Die Tiefsee wird oft in zwei Zonen unterteilt: den Bereich bis 1000 Meter Tiefe, in den noch ein Teil der Sonnenstrahlung eindringt, und den Bereich darunter bis etwa 4000 Meter Tiefe, wo völlige Dunkelheit herrscht. Interessanterweise haben viele Tiere, die unterhalb von 1000 Metern leben, große Augen. Dies liegt daran, dass etwa 90 Prozent der Lebewesen in der Tiefsee selbst Licht erzeugen - ein Phänomen namens Biolumineszenz.
Biolumineszenz: Ein Feuerwerk in der Tiefe
Die Biolumineszenz dient verschiedenen Strategien. Anglerfische nutzen eine beleuchtete Angel als Köder, um andere Fische anzulocken. Bei anderen Fischen dient sie zur gegenseitigen Erkennung, wobei Männchen und Weibchen unterschiedliche Leuchtmuster aufweisen. Krebse nutzen Biolumineszenz zur Verteidigung, indem sie eine leuchtende Wolke ausstoßen, um Fressfeinde zu desorientieren. Die meisten Tiefseelebewesen produzieren Licht im blau-grünen Bereich, aber es wurden auch Fische entdeckt, die rotes Licht produzieren.
Sinnesorgane und Gehirn der Tiefseefische
Wagner erforscht die Sinnesorgane und das Gehirn der Tiefseefische, um herauszufinden, welche Sinne vorhanden sind und in welchem Umfang sie genutzt werden. Durch den anatomischen Vergleich von etwa 200 verschiedenen Arten hat er festgestellt, dass die meisten Tiefseefische sehen, hören und riechen können. Einige nutzen alle Sinne, andere vor allem die Augen, während es sich bei weiteren Arten praktisch um "schwimmende Nasen" handelt.
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Anpassungen an das Sehen in der Dunkelheit
Die Augen der Tiefseefische sind meist sehr groß und nicht farbtüchtig. Ihre Sehzellen bestehen ausschließlich oder zum überwiegenden Teil aus Stäbchen, die empfindlich für geringe Lichtmengen sind, aber keine Farben unterscheiden können. Im Gegensatz dazu besitzt der Mensch neben Stäbchen auch Zapfen für das Farbensehen. Bei den Tiefseefischen geben 100 oder 200 Stäbchen ihre Wahrnehmungen an eine einzige Nervenzelle weiter, um das wenige Licht zu sammeln.
Der Tagesrhythmus in der Tiefsee
Wagner hat auch den Tagesrhythmus verschiedener Tiefseefische untersucht. Bei Arten, die oberhalb von 1000 Metern leben, wie dem Beilfisch oder dem Vipernfisch, gibt die Sonne einen Rhythmus vor. Sie halten sich tagsüber bei 500 bis 1000 Metern auf und kommen nachts bis auf 200 Meter hoch. Unterhalb von 1000 Metern ist die Sonne jedoch nicht mehr sichtbar. Hier nutzen die tiefer lebenden Arten den Mond als Rhythmusgeber, dessen Phasen sie durch die Strömungswechsel der Gezeiten wahrnehmen. Die Änderungen der Strömungsrichtung werden vom Seitenliniensystem und durch Änderungen bestimmter Signal- und Geruchsstoffe wahrgenommen.
Schmerzempfinden bei Fischen
Die Frage, ob Fische Schmerzen empfinden, ist komplex. Studien haben gezeigt, dass Fische die anatomischen und physiologischen Voraussetzungen für die Schmerzwahrnehmung besitzen. Sie verfügen über Nozizeptoren (Schmerzrezeptoren) und Gehirnareale, die denen von Säugetieren und Vögeln ähneln. Experimente haben gezeigt, dass Fische auf schmerzhafte Reize reagieren, indem sie ihr Verhalten ändern. Es gibt jedoch auch Gegenargumente, wie das Fehlen der Großhirnrinde (Kortex) und bestimmter Nervenfasern (C-Fasern). Obwohl eine endgültige Antwort auf die Schmerzfrage schwierig ist, deutet vieles darauf hin, dass Fische Schmerzen wahrnehmen können.
Die Anatomie der Fische: Ein Überblick
Der Körper der Fische ist perfekt an ihren Lebensraum angepasst. Sie haben einen stromlinienförmigen Körper, der am Kopf und Schwanz spitz zuläuft. Weitere Merkmale sind eine Wirbelsäule, die sie zu Wirbeltieren macht, und die gleichen inneren Organe wie andere Wirbeltiere, darunter Verdauungstrakt, Geschlechtsorgane, Blutgefäße und Nervensystem.
Haut und Flossen
Die Haut der Fische ist von einer Schleimschicht bedeckt, die sie vor Krankheitserregern schützt. Unter dem Schleim liegt die Lederhaut, die Schuppen aus zarten Knochenplättchen enthält. Die Flossen ermöglichen es den Fischen, sich im Wasser fortzubewegen und das Gleichgewicht zu halten.
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Innere Organe
Die inneren Organe der Fische dienen wichtigen Lebensfunktionen. Sie atmen über Kiemen, die sich seitlich am Kopf befinden und durch Kiemendeckel geschützt sind. Einige Fische besitzen eine Schwimmblase, die es ihnen ermöglicht, bewegungslos im Wasser zu schweben. Das Seitenlinienorgan ermöglicht es den Fischen, kleinste Änderungen in der Wasserströmung wahrzunehmen und sich im Trüben oder Dunkeln zu orientieren.
Das Gehirn der Fische: Steuerung und Wahrnehmung
Das Gehirn der Fische ist anatomisch ähnlich aufgebaut wie das Gehirn anderer Wirbeltiere. Neu entwickelte Techniken wie Optogenetik und Imaging ermöglichen es, die Funktionsweise des Fischgehirns genauer zu untersuchen. Forscher haben herausgefunden, dass ein Teil der Retikulärformation im Hirnstamm als "Cockpit" zur Steuerung des Fischschwanzes dient. Eine kleine Gruppe von nur 15 Zellen in dieser Steuerzentrale kann die Schwanzflosse lenken.
Optogenetik und Kalzium-Imaging
Bei der Optogenetik werden genetisch kodierte Ionenkanäle in die Nervenzellen des Fisches eingebracht, die mit Licht angeschaltet werden können. Das Kalzium-Imaging ermöglicht es, die Aktivität der Nervenzellen zu messen. Diese Methoden haben die Neurobiologie revolutioniert, da sie es ermöglichen, Nervenzellen zu manipulieren und deren Funktionen abzubilden.
Neuronale Schaltkreise und Verhalten
Neurobiologen versuchen herauszufinden, wie tierisches Verhalten von neuronalen Netzwerken gesteuert wird. Die Retikulärformation im Gehirn von Zebrafischlarven ist ein optimales Untersuchungsobjekt, um die Organisation des Gehirns zu erforschen. Die Nervenzellen stehen in direktem Kontakt zu Motorneuronen im Rückenmark des Fisches und können somit einen direkten Einfluss auf die Schwanzbewegung nehmen.
Die Funktion der nMLF-Neurone
Experimente haben gezeigt, dass die Neurone des nMLF (nucleus Medialis Longitudinalis Fasciculi) eine starre Auslenkung des Schwanzes steuern. Werden diese Neurone auf einer Seite des Fisches entfernt, wird die Vorwärtsbewegung zur Seite verschoben. Dies deutet darauf hin, dass die nMLF-Neurone in erster Linie die Haltung des Schwanzes während einer Schwimmbewegung steuern.
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