Evolution und Diversität von Grundelgehirnen

Abstract

Das Gehirn stellt das komplexeste Organ dar. Es interagiert mit der Umwelt und steuert das Verhalten, wodurch es eine zentrale Rolle bei der Evolution und Anpassung von Arten erhält. Hier stellen die Fische eine einmalige Möglichkeit dar evolutionäre Anpassungen des Gehirns auf verschiedenen Ebenen zu untersuchen. Vor allem die diverse Gruppe der Gobiiformes besitzt einige Besonderheiten im Aufbau des Gehirns, die sich in Volumenunterschieden in Hirngebieten und in einzigartigen histologischen Unterschieden in Kerngebieten widerspiegeln. Daher wird die Gehirnanatomie der Grundeln mittels Kresylviolettfärbung, Polarisationsmikroskopie und optischer Projektionstomographie beschrieben. Die Diversität innerhalb der Grundeln und in Bezug auf die Strahlenflosser wird anhand von Volumenmessungen von Gehirnarealen und histologischen Vergleichen untersucht. Ein volumetrischer Vergleich mit ca. 150 Strahlenflossern zeigt, dass die Diversität innerhalb der Strahlenflosser unabhängig von der Systematik ist. Bei Grundeln sind das Cerebellum und die Crista cerebellaris klein. Die gustatorischen Hirnareale sind dabei teilweise vergrößert, jedoch liegen hier innerhalb der Grundeln große Unterschiede vor. Familiäre Variationen in der Olfaktorik und der Crista cerebellaris liegen zwischen Süß- und Salzwasserarten vor. Zudem bestehen Volumenunterschiede in den Sinnessystemen zwischen den drei nah verwandten Elacatinus Arten (E. evelynae, E. prochilos und E. chancei). Außerdem zeigen sich bei Grundeln im Vergleich zu Strahlenflossern histologische Veränderungen im Telencephalon und Torus longitudinalis (TL). Im posterioren Telencephalon weisen Grundeln eine laminierte Struktur (Dx) auf, die einzigartig für dieses Taxon ist. Der Dx besteht aus bis zu neun alternierenden Zell- und Faserschichten, deren Histologie familienspezifisch ist. Mit Ausnahme der Schwestergruppen Rhyacichthyidae und Odontobutidae ist der Dx bei allen Grundeln vorhanden. Entgegen der ursprünglichen Beschreibung, dass der TL aus kleinen granulären Zellen besteht, ist dieser bei Grundeln durch ein zentrales Neuropil charakterisiert. Solche histologischen Veränderungen stellen evolutionäre Ereignisse dar, die zum Verständnis über die Weiterentwicklung des Gehirns und kongnitiver Fähigkeiten beitragen. Die Volumendiversität des Gehirns, hingegen, korreliert mit ökologischen Anforderungen und nicht mit der systematischen Position. Volumenunterschiede, auch in sensorischen Arealen, sind dabei auf die Plastizität des Gehirns zurückzuführen. Eine Kombination aus Gehirnmorphologie und -anatomie stellt somit einen wichtigen Bestandteil bei der Evolution des Gehirns, sowie Adaption an das jeweilige Habitat dar.