Die elektrorezeptiven Foveae von <i>Gnathonemus petersii</i>

Abstract

<p>Afrikanische schwach elektrische Fische der Familie der Mormyridae, so auch der Elefantenrüsselfisch <i>Gnathonemus petersii,</i> sind in der Lage, ihre Umwelt über aktive Elektroortung wahrzunehmen. Mit Hilfe eines elektrischen Organs in ihrem Schwanzstiel senden sie kurze schwachelektrische Pulse aus. Durch diese Pulse (<i>electric organ discharges</i>, EODs) bauen sie ein bipolares, dreidimensionales Feld um ihren Körper auf. Änderungen in diesem Feld werden durch spezialisierte Elektrorezeptororgane, die Mormyromasten, wahrgenommen. Die Elektrorezeptorepidermis, auf der sich die Mormyromasten befinden, erstreckt sich über Kopf, Bauch und Rücken der Fische. Neben diesen Elektrorezeptororganen tragen Mormyriden ampulläre Rezeptoren zur passiven Elektroortung und Knollenorgane zur elektrischen Kommunikation auf ihrer Haut.<br /> In dieser Arbeit wurden einige Gesichtspunkte der „Fovea-Hypothese“ bei <i>Gnathonemus petersii</i> bearbeitet. Demnach reagieren zwei Körperregionen des Fischs auf bestimmte Aspekte des elektrischen Feldes und besitzen eine höhere räumliche Auflösung. Diese beiden Regionen sind das verlängerte Kinn, das so genannte Schnauzenorgan und die Nasalregion, zwischen Maul und Nasenlöchern. Für diese beiden Regionen wurde postuliert, dass sie elektrofoveale Regionen darstellen, also funktionell der Fovea im Auge vieler Wirbeltiere ähneln, aber unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Um als Fovea bezeichnet zu werden, müssen unter anderem 3 Bedingungen erfüllt werden: 1. eine überdurchschnittlich hohe Dichte an Rezeptororganen, 2. eine besondere Morphologie der Rezeptorstrukturen und 3. ein besonderes Fixierungsverhalten, bei dem die Region auf bestimmte Reize ausgerichtet wird.<br /> In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass auf dem Schnauzenorgan, besonders auf der Spitze, sehr hohe Dichten an Mormyromasten auftreten (65 Mormyromasten/mm²). Zur Basis sinkt die Dichte, ist aber immer noch höher als auf anderen Regionen. Auch die Mormyromastendichte auf der Nasalregion ist mit 4,6/mm² noch beachtlich hoch, verglichen mit anderen Körperregionen, wie dem Rücken, wo im Schnitt nur noch 1,4 Mormyromasten/mm² gefunden werden konnten. Auch der Durchmesser der Elektrorezeptorporen ändert sich zwischen den untersuchten Regionen, allerdings in entgegen gesetzter Richtung. Je höher die Dichte der Mormyromasten, desto geringer ist der Durchmesser der Poren, die auf der Hautoberfläche erkennbar sind. Dieser Unterschied konnte in histologischen Untersuchungen der Mormyromasten der gleichen Körperregionen verifiziert werden und darüber hinaus weitere Unterschiede in der Morphologie der Elektrorezeptororgane gefunden werden. So ändert sich die Größe der meisten Kompartimente der Mormyromasten. Die Größe der sensorischen Zellen ändert sich kaum. Diese als A- und B-Zellen bezeichneten Rezeptorzellen variieren in ihrer Anzahl pro Mormyromast. Sie steigt mit größer werdenden Rezeptororgandurchmessern an, ist also auf dem Schnauzenorgan am geringsten und auf dem Rücken am höchsten. Verrechnet mit der Dichte der Mormyromasten ergibt sich dennoch die höchste Dichte sensorischer Zellen auf dem Schnauzenorgan, gefolgt von der Nasalregion und dem Rücken. Dies spricht für eine höhere Sensitivität der einzelnen Mormyromasten auf dem Rücken, das System allerdings sollte die höchste Sensitivität und die höchste räumliche Auflösung auf dem Schnauzenorgan haben. Als weiterer Punkt wurde untersucht, welche Aufgaben die beiden fovealen Regionen im Verhalten der Fische erfüllen. Verhaltensversuche zeigten, dass der Fisch bei der Futtersuche den Boden mit seinem Schnauzenorgan absucht und damit unbekannte Objekte untersuchte. Mit den Pendelbewegungen des Schnauzenorgans die er bei der Futtersuche durchführt, deckt er einen sehr großen Bereich des überschwommenen Bodens ab (etwa 750° pro Sekunde). Das Schnauzenorgan kann so als Nahbereichs- Detektionssystem zum Aufspüren von Futter und zur Untersuchung von Objekten bezeichnet werden. Die Nasalregion wird bei solchen Suchbewegungen immer in einem konstanten Winkel in Schwimmrichtung gehalten (40° nach vorne). Die Nasalregion kann somit als Fernbereichs-Detektionssystem zur Vermeidung von Hindernissen angesehen werden. <br /> Diese Ergebnisse liefern gute Hinweise zur Bestätigung der Hypothese zur Existenz zweier elektrofovealer Regionen auf der Haut von <i>Gnathonemus petersii</i>.</p>