Antwortverhalten von medullären Seitenlinienneuronen auf Wirbelstraßen in laminarer und turbulenter Strömung

Abstract

Die mechanosensorische Seitenlinie ermöglicht Fischen Wasserbewegungen und Druckgradienten zu detektieren. Die kleinste funktionelle Einheit der Seitenlinie ist der Neuromast. Auf der Hautoberfläche sitzen Oberflächenneuromasten und Kanalneuromasten befinden sich in den Seitenlinienkanälen. Neuromasten sind aus Haarsinneszellen aufgebaut, die von einer gelartigen Kupula überzogen sind. Die Kupula wird durch die mechanischen Kräfte der Wasserbewegungen verformt, was zu einer Auslenkung der Haarsinneszellen führt. Stationäre Objekte in einer Strömung erzeugen turbulente Verwirbelungen. Bei zylindrischen Objekten erfolgt die Wirbelbildung oft in stabiler und regelmäßiger Abfolge, sie wird dann Kármánsche Wirbelstraße genannt. Charakteristisch ist die Abfolge der Wirbel, die sich abwechselnd von jeder Seite eines umströmten zylindrischen Objektes mit entgegengesetztem Drehsinn ablösen. Die Wirbelinformationen können von Fischen beispielsweise für eine effiziente Lokomotion in einer Strömung, das Aufspüren von Artgenossen, Beute und das Verfolgen hydrodynamischen Spuren genutzt werden. Elektrophysiologische Untersuchungen mit Wirbelstraßen erfolgten bisher meist mit einer möglichst ungestörten und intensiven Stimulation, die durch vergleichsweise nah am Fisch positionierte Zylinder erreicht wurde. Die vorliegende Arbeit hat die Sensitivität von MON Neuronen auf eine Veränderung des Abstands zwischen Fisch und Zylinder in Strömungsrichtung untersucht und gezeigt, dass MON Neurone mit einer Abnahme ihrer Spikerate reagieren können. Die relative Peakamplitude der aufgezeichneten MON Neuron Population fällt mit steigender Zylinderdistanz signifikant ab. Das natürliche Habitat der Fische wird vermutlich fast immer von abiotischen und/oder biotischen Quellen beeinflusst. Fische müssen jedoch zu jeder Zeit in der Lage sein, wichtige Informationen innerhalb eines komplexen Umfeldes herauszufiltern. Aus diesem Grund befasst sich ein weiterer Teil dieser Arbeit mit der Wahrnehmung von hydrodynamischen Reizen in turbulenter Strömung. Es wurde gezeigt, dass MON Neurone auch unter turbulenten Strömungsverhältnissen Informationen einer Wirbelstraße abbilden können.