Fisch erkennt seine Beute an elektrischen Farben

Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii)  
                 bei der Futtersuc

Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii) bei der Futtersuche. © Maik Dobiey/Uni Bonn

Der afrikanische Elefantenrüsselfisch erzeugt schwache elektrische Pulse, um sich in seiner Umgebung zurecht zu finden. Dieser Ortungs-Sinn weist augenscheinlich eine erstaunliche Parallele zum Sehen auf, wie nun eine Studie der Universität Bonn zeigt. Demnach haben verschiedene Objekte unterschiedliche elektrische ,,Farben". Diese nutzt der Fisch etwa, um seine Lieblingsspeise - Zuckmückenlarven - von anderem Kleingetier oder Pflanzen zu unterscheiden. Die Arbeit ist nun in der Fachzeitschrift ,,Current Biology" erschienen.

Elefantenrüsselfische sind nachtaktiv. Auf ihre Augen können sie sich daher bei der Beutesuche nicht verlassen. Das haben sie aber auch gar nicht nötig: In ihrem Schwanz tragen sie eine Art ,,Elektro-Taschenlampe" mit sich. Damit erzeugen sie rund 80 Mal pro Sekunde kurze elektrische Pulse. Ihre Haut wiederum - insbesondere ihr rüsselartiges Kinn - ist übersät von Elektrorezeptoren: kleinen Messfühlern, mit denen sie messen können, wie diese Pulse von der Umgebung reflektiert werden.

Und darin haben sie es zu wahrer Meisterschaft gebracht: Sie können mit ihrem Elektro-Sinn Distanzen abschätzen, Formen und Materialien voneinander unterscheiden, zwischen toten und lebendigen Objekten differenzieren. Ja, mehr noch: Sie erkennen binnen Sekundenbruchteilen, ob sich im Kies und Sand am Grunde ihres Gewässers Zuckmückenlarven verstecken, ihre Lieblingsspeise. Und das äußerst treffsicher - Larven anderer Insekten verschmähen sie größtenteils.

Wie sie das schaffen, war lange Zeit unklar. Zwar verändern Objekte in charakteristischer Weise die Intensität des Elektrosignals - manche vermindern es deutlich, andere reflektieren es besser. ,,Allerdings reicht das nicht, um Beutetiere eindeutig zu erkennen", erklärt Martin Gottwald vom Zoologischen Institut der Universität Bonn. ,,So sinkt die Signalstärke zum Beispiel auch mit steigender Entfernung." Lebewesen haben jedoch noch eine weitere Eigenschaft: Sie modifizieren zusätzlich die Form der Elektro-Pulse. Doch auch diese Signaländerung hängt von Distanz, Größe und Position ab.

Die Kombination der beiden Signaleigenschaften könnte diese Probleme lösen. Bei unserem Auge ist es ganz ähnlich: Seine Netzhaut enthält Rezeptoren für rotes, grünes und blaues Licht. Aus dem ,,Mischungsverhältnis" berechnet unser Gehirn dann die Farbe des gesehenen Objekts. Und die bleibt weitgehend gleich, egal wie groß oder weit entfernt der jeweilige Gegenstand ist.

Zwei verschiedene Rezeptortypen

Ein Beweis, dass es bei Elefantenrüsselfischen ähnlich ist, stand allerdings bislang aus. Klar ist aber, dass die Tiere über zwei verschiedene Arten von Elektrorezeptoren verfügen. Der eine misst nur die Intensität des Signals, der andere zusätzlich seine Form. ,,Wir konnten nun zeigen, dass der Fisch das Verhältnis dieser beiden Messwerte zueinander nutzt, um seine Beute zu identifizieren", erklärt Gerhard von der Emde, der die Studie geleitet hat.

Zunächst ermittelten die Wissenschaftler, wie sich Intensität und Form des Ortungssignals je nach Objekttyp zueinander verhalten. ,,Dabei haben wir festgestellt, dass diese Relation für gleiche Objekte immer konstant ist", sagt von der Emde. Und zwar unabhängig von ihrer Entfernung oder anderen Umgebungs-Parametern. ,,Eine Zuckmückenlarve hat demnach tatsächlich eine konstante ,elektrische Farbe’. Und die unterscheidet sich deutlich von der anderer Larven, von Pflanzenteilen, Artgenossen oder auch fremden Fischen", ergänzt Gottwald.

Nun überprüften die Forscher, inwiefern ihre Versuchstiere diese Information nutzten. Dazu präsentierten sie ihnen verschiedene elektronische ,,Mini-Chips", die nur einen Durchmesser von einem Millimeter hatten. Manche Chips erzeugten unterschiedliche elektrische Farben. Sie leuchteten beispielsweise wie eine Zuckmückenlarve oder andere Insektenlarven. Andere Chips waren elektrisch ,farblos’, ähnlich wie zum Beispiel ein Kieselsteinchen.

Hunger auf Chips

Der Effekt war erstaunlich: Waren die Chips wie ihre Lieblingsspeise gefärbt, schnappten die Elefantenrüsselfische reflexartig zu. In 70 Prozent aller Fälle ließen sie sich so aufs Kreuz legen - und das, obwohl die Fake-Mahlzeiten gar keinen beutetypischen Geruch aufwiesen. Auch nach zahlreichen Versuchen lernten die Tiere nicht, die Chips zu meiden. Anders gefärbte Chips verschmähten sie dagegen weitgehend, elektrisch farblose sogar vollständig. ,,Das spricht möglicherweise dafür, dass die Beute-Farbe im Gehirn der Fische fest verdrahtet ist", spekuliert von der Emde.

Sinnvoll wäre das: Die elektrischen Eigenschaften von Lebewesen (und damit auch ihre Farbe) werden maßgeblich von ihrem inneren Aufbau bestimmt. Und der lässt sich nicht so einfach ändern. Es ist daher kaum möglich, dass sich eine Zuckmückenlarve so mir nichts, dir nichts eine Tarnfarbe zulegt.

Publikation: Martin Gottwald, Neha Singh, Andre Haubrich, Sophia Regett und Gerhard von der Emde: Electric Color Sensing in Weakly Electric Fish suggests Color Perception as a Sensory Concept beyond Vision; Current Biology; doi.org/10.1016/j.cu­b.2018.09.036