Hat ein Goldfisch ein Gehirn? Struktur und Funktion

Einführung

Die Frage, ob ein Goldfisch ein Gehirn hat, mag trivial erscheinen, doch sie führt zu einer tiefergehenden Betrachtung der neuronalen Strukturen und Fähigkeiten dieser beliebten Haustiere. Wie alle Wirbeltiere besitzen auch Goldfische ein Gehirn, das zwar in seiner Struktur einfacher ist als das von Säugetieren, aber dennoch komplexe Funktionen erfüllt. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau des Fischgehirns, insbesondere des Goldfischgehirns, und geht auf die verschiedenen Funktionen ein, die es ermöglicht.

Aufbau des Fischgehirns

Das Fischgehirn, einschließlich des Goldfischgehirns, besteht aus verschiedenen Regionen, die jeweils spezifische Aufgaben erfüllen. Dazu gehören:

• Vorderhirn (Telencephalon): Beim Fisch ist der Geruchssinn stark ausgeprägt. Nasen- und Mundhöhle sind voneinander getrennt. Die Information der Nervenzellen wird im Geruchslappen des Gehirns verarbeitet. Beim Lachs nimmt dieser Bereich mehr als die Hälfte des Gehirnvolumens ein. Verständlich, denn die Wanderfische orientieren sich auf ihrer langen Reise mit Hilfe des Geruches. Der Geruchs- und Geschmackssinn der Forelle ist beispielsweise mehr als eine Million Mal feiner als der des Menschen.
• Zwischenhirn (Diencephalon):
• Mittelhirn (Mesencephalon):
• Hinterhirn (Metencephalon): Alle Wirbeltiere haben ein Kleinhirn. Die Bedeutung dieses Hirnbereichs zeigt sich nicht zuletzt dadurch, dass Kleinhirn-Körnerzellen mehr als die Hälfte aller Nervenzellen im Wirbeltiergehirn ausmachen. Zu den Aufgaben des Kleinhirns gehören die Koordination von Bewegungen, das Erlernen und die Feinabstimmung von Bewegungsabläufen, das Kalibrieren der Reflexe und möglicherweise auch höhere kognitive Prozesse wie Emotionen. Obwohl seine Bedeutung für all diese Bereiche und auch die Anatomie und Verbindungen des Kleinhirns bekannt sind, ist seine Arbeitsweise in vieler Hinsicht immer noch unklar.Das Kleinhirn mit seinem stereotypen, dreilagigen Aufbau, findet sich bei Fischen genauso wie bei Säugetieren.
• Nachhirn (Myelencephalon): Forscher konnten zeigen, dass ein Teil der sogenannten Retikulärformation im Hirnstamm als „Cockpit" zur Steuerung des Fischschwanzes eingesetzt wird. Dabei vermag eine kleine Gruppe von nur 15 Zellen in dieser Steuerzentrale die Schwanzflosse zu lenken. Die Retikulärformation im Gehirn von Zebrafischlarven stellt ein optimales Untersuchungsobjekt dar, um diese Frage zu beantworten (Abb. 1A, B). Die Nervenzellen stehen im direkten Kontakt zu Motorneuronen im Rückenmark des Fisches, können also einen direkten Einfluss auf die Schwanzbewegung nehmen [7]. Die absteigende (ins Rückenmark projizierende) Retikulärformation bildet somit eine Art Steuerungszentrale für die Schwanzbewegungen. Gibt es also einzelne Hebel in diesem Cockpit, mit denen die Schwanzbewegung gesteuert werden kann?
• Rückenmark:

Das Nervensystem ist einfach, das Gehirn klein, eine Großhirnrinde fehlt.

Funktionen des Fischgehirns

Trotz seiner geringen Größe und des Fehlens einer Großhirnrinde erfüllt das Fischgehirn eine Vielzahl wichtiger Funktionen:

• Sensorische Wahrnehmung: Fische verfügen über hochentwickelte Sinne, die es ihnen ermöglichen, sich in ihrer Umgebung zurechtzufinden. Dazu gehören Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und die Wahrnehmung von Vibrationen im Wasser durch das Seitenlinienorgan. Die Augen haben eine starre Linse, die auf Nahsicht fokussiert ist, aber durch einen Muskel auf Fernsicht zurückgezogen werden kann. Viele Fische sind farbtüchtig und nehmen auch ultraviolettes Licht wahr. Besonders bei bodenlebenden Fischen ist der Tastsinn gut entwickelt. aber natürlich auch Geschmacksreize übertragen.Fische haben Ohren: kleine flüssigkeitsgefüllte Röhrchen hinter den Augen, die in ihrer Funktionsweise dem Innenohr der Landwirbeltiere gleichen. Auftreffende Schallwellen versetzen kleine, in der Flüssigkeit schwimmende Gehörsteinchen aus Kalk in Schwingung. Diese Bewegung wiederum erregt feine Sinneszellen, die ihre Informationen ans Gehirn weiterleiten. Ein "normales" Ohr reicht unter Wasser nämlich nicht aus, um die genaue Richtung des Schalls zu orten. Unter Wasser breiten sich Schallwellen aber viermal schneller aus als in der Luft. Die zeitliche Differenz, mit der Schall die Ohren erreicht, genügt nicht mehr, um die Quelle zu orten.Das Hauptsinnesorgan der Fische ist das Seitenliniensystem: ein hochsensibler Ferntastsinn, mit dem die Tiere Erschütterungen, Strömungen und Töne im Wasser wahrnehmen können - und deren Ursprungsort. Seitlich am Fischkörper unter der Haut verläuft eine mit Schleim gefüllte Röhre, die durch feine Poren mit der Außenwelt verbunden ist. Wie beim Ohr des Fisches befinden sich in der mit Flüssigkeit gefüllten Röhre feine Haarsinneszellen, die von auftreffenden Druckwellen erregt werden. Der schwimmende Fisch schiebt eine Wassersäule vor sich her. Trifft diese auf ein Hindernis wie einen Stein, einen Beutefisch oder einen Feind, wird die Druckwelle zurückgeworfen und trifft auf das Seitenlinienorgan des Fisches auf. Stärke und Richtung der Welle informieren den Fisch über Entfernung, Form und Größe des Hindernisses. Mit der Seitenlinie kann ein Fisch den Ursprungsort der Druckwelle viel genauer orten als mit dem Ohr. Die dichte und weiträumige Packung der Haarsinneszellen lässt eine feinere zeitliche Auflösung zu.Im Wasser werden Gerüche zu Geschmack. Bei Fischen sind Geruchs- und Geschmackssinn ein und dasselbe. Wasser ist eine Suppe aus Tausenden gelösten chemischen Substanzen. Es macht Sinn, sie zur Orientierung zu nutzen. Der Geschmackssinn ist nicht nur auf das Maul begrenzt. Beim Wels zum Beispiel sind Sinnesknospen überall auf der Haut verteilt.
• Bewegungssteuerung: Das Gehirn koordiniert die Muskelbewegungen, die für das Schwimmen, die Jagd und andere Aktivitäten erforderlich sind.
• Instinktives Verhalten: Viele Verhaltensweisen von Fischen sind instinktiv, wie z. B. die Fortpflanzung, die Futtersuche und die Flucht vor Raubtieren.
• Lernen und Gedächtnis: Entgegen der landläufigen Meinung sind Fische durchaus in der Lage zu lernen und sich Dinge zu merken.

Das Gedächtnis des Goldfisches

Die Annahme, dass Goldfische nicht besonders schlau sind oder kein gutes Gedächtnis haben, ist weitverbreitet. Mit dem Spruch „Du hast aber ein Gedächtnis wie ein Goldfisch“ spielt man darauf an, dass manche scheinbar über ein schlechtes Erinnerungsvermögen oder Auffassungsgabe verfügen. Denn es ist ein gängiges Vorurteil, dass die Erinnerung von Goldfischen nur drei Sekunden lang anhält, sodass sie ihre Umgebung stets neu erkunden. Die Vorstellung, dass Goldfische - oder auch Fische allgemein - ein schlechtes Gedächtnis haben, basiert auf dem Mythos, dass sie sich nur etwa drei Sekunden lang Dinge merken können.

Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben

Betrachtet man das Gehirn von Goldfischen, könnte man tatsächlich auch glauben, dass an der Annahme etwas dran ist. Denn die Tiere verfügen über keinen Hippocampus, der im menschlichen Gehirn wahrscheinlich maßgeblich an der Verwertung von Informationen aus dem Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis beteiligt ist. Doch deswegen anzunehmen, dass Fische sich durch die von Säugetieren unterschiedliche Struktur des Gehirns nichts merken können, wäre falsch.

Ein weiterer Grund, weshalb man das Gedächtnis von Goldfischen häufig als nicht besonders gut bezeichnet, sind sich wiederholende Verhaltensweisen, die sie häufig im Aquarium zeigen. Zum Beispiel schwimmen sie immer wieder dieselbe Bahn oder suchen dieselben Ecken im Becken auf. Diese immer gleichen Verhaltensmuster erwecken entsprechend den Eindruck, dass sie sich nicht an Vergangenes erinnern können. Allerdings sind sie vielmehr ein Anzeichen für stereotypes Verhalten durch falsche Haltungsbedingungen. Denn wenige Fische wurden lange so verkehrt gehalten wie Goldfische. Ein winziges, rundes Becken, in dem ein einziger Fisch schwimmt, ist immer noch ein populäres Bild, wenn man an Goldfische denkt. Das Bild eines einsamen Fisches, der die immer gleichen Runden in einem winzigen Becken schwimmt, hat also wenig mit seiner Gedächtnisleistung zu tun.

Auch in der Forschung hat man sich der Intelligenz von Goldfischen lange nur sporadisch gewidmet. Professor Culum Brown von der Macquarie University in Sydney in Australien plädierte schon 2015 dafür, Goldfischen dasselbe Maß an Mitgefühl und Pflege zuzugestehen wie anderen Wirbeltieren.

In seiner Überprüfung der Studienlage verweist der Wissenschaftler auf Ergebnisse, die belegt haben, dass Goldfische ein exzellentes Langzeitgedächtnis haben. Sie können sich bis zu elf Monate lang Wege durch ein Aquarium oder ein Labyrinth merken. Sie können komplexe Traditionen entwickeln, können Artgenossen erkennen und mit ihnen kooperieren. Außerdem scheinen sie sogar in der Lage zu sein, Werkzeuge zu gebrauchen und chemische Alarmsignale zu geben. Auch Adelaide Sibeaux, Expertin für Verhaltensökologie, erforscht an der englischen Oxford-Universität seit Jahren Goldfische. Dies widerlegt klar die Annahme, dass Goldfische ein schlechtes Gedächtnis haben, wie viele immer denken. Wenn sich die Tiere in freier Wildbahn nicht merken könnten, ob sie gerade einem Fressfeind oder einem freundlichen gesinnten Artgenossen begegnen, wären sie mit Sicherheit längst ausgestorben. Auch wenn sie keine Erinnerungen an Futtergründe und die Strukturen im Wasser speichern könnten, wären Goldfische in der Natur wohl kaum überlebensfähig. Dies konnte jedoch in einer weiteren Studie aus dem Mai 2024 bestätigt werden. Sie können sogar die kürzesten und effektivsten Wege vorab im Geiste planen, ohne sie je geschwommen zu sein.

Regeneration von Nervenzellen

Biologen der Universität Bayreuth haben im zentralen Nervensystem von Zebrafischen eine einzigartig schnelle Regeneration verletzter Nervenzellen und ihrer Funktion entdeckt. Es handelt sich um die für das Fluchtverhalten der Fische alleinzuständigen Mauthnerzellen, die in der Forschung bisher als nicht regenerationsfähig galten. Allerdings hängt ihre Regenerationsfähigkeit entscheidend vom Ort der Verletzung ab.

Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.

Tritt die Verletzung des Axons in unmittelbarer Umgebung des Zellkörpers auf, stirbt die Mauthnerzelle ab. Wird das Axon an seinem entgegengesetzten Ende geschädigt, werden verlorengegangene Funktionen entweder überhaupt nicht oder nur langsam und mit Einschränkungen wiederhergestellt.

Die Mauthnerzellen bieten uns jetzt die Möglichkeit, innerhalb des gleichen Nervensystems sehr unterschiedliche Reaktionen auf Verletzungen einzelner Zellen zu untersuchen: ausbleibende oder nur unzureichende Regenerationsprozesse einerseits, eine robuste und vollständige Regeneration andererseits. Erstaunlicherweise sind Verletzungen des Axons, die auf so gegensätzliche Weise beantwortet werden, räumlich nicht weit voneinander entfernt. Die Ursachen dafür aufzuklären, ist ein spannendes Forschungsfeld, das auch die Identifikation der Gene einschließt, die bei der Regeneration von Nervenzellen aktiv sind.

Kritikalität des Gehirns

Wie es biologischen Systemen wie dem Gehirn oder Tierschwärmen gelingt, die Vielzahl an Einzelinformationen aus verschiedenen Quellen optimal zusammenzuführen, ist wenig bekannt. Es gibt die Hypothese, dass das größte Leistungspotenzial des Gehirns an der Grenze zwischen Ordnung und Chaos liegt, im Zustand der sogenannten Kritikalität. Forschende des Exzellenzclusters „Science of Intelligence" der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), der Technischen Universität Berlin (TU) und des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) konnten diese Hypothese nun an einem riesigen Fischschwarm nachweisen.

Die Informationsverarbeitung im Gehirn basiert auf einem Netzwerk von rund 86 Milliarden Neuronen. Sie leiten Informationen in Form von Spannungsimpulsen weiter. Nach einer These der Neurobiologie, der so genannten „Kritikalität des Gehirns“ (the critical brain hypothesis) ist unser Gehirn deshalb so effizient in der Informationsverarbeitung, weil es sich permanent an einem kritischen Punkt zwischen zwei dynamischen Zuständen befindet, nämlich Ordnung und Chaos - wobei Ordnung bedeutet, dass die Neuronen hochsynchron aktiv sind, wie in einem neuronaler Gleitschritt, und Chaos bedeutet, dass die Zellen unabhängig voneinander Impulse aussenden.

Lesen Sie auch: Tinnitus und Gehirnaktivität: Ein detaillierter Einblick

tags: #hat #ein #goldfisch #ein #gehirn