Wie Lichtrezeptoren das Verhalten von Blitzlichtfischen steuern

(23.07.2018) Bislang unbekannte Proteinkomponenten von Sehpigmenten haben Biologen der Ruhr-Universität Bochum in biolumineszenten Blitzlichtfischen entdeckt. Die sogenannten Opsine ermöglichen es Tieren, Licht einer definierten Wellenlänge wahrzunehmen.

Wie die in der Zeitschrift „Plos One“ vom 11. Juli 2018 veröffentlichte Studie zeigt, sind die neu entdeckten Opsine der Blitzlichtfische darauf geeicht, Licht mit der Wellenlänge ihrer eigenen Biolumineszenz wahrzunehmen. Die Studie ergab auch, dass Licht dieser Wellenlänge das Verhalten der Tiere steuern kann.

„Dabei handelt es sich um eine bislang unbekannte evolutionäre Anpassung“, folgern die Autoren. Sie nutzten eine Kombination aus elektrophysiologischen und genetischen Analysen mit Verhaltensexperimenten.


Der Blitzlichtfisch lebt in Schwärmen im Pazifischen Ozean in einer Tiefe von bis zu 400 Metern.

Für den interdisziplinären Versuchsansatz kooperierten die Bochumer Molekularbiologin Dr. Melanie Mark, die Zoologen Dr. Jens Hellinger und Dr. Marcel Donner, der Physiologe und Optogenetiker Prof. Dr. Stefan Herlitze und Privatdozentin Dr. Minou Nowrousian und Prof. Dr. Ulrich Kück aus der Genetik.

Zwei Sehpigmente entdeckt

Obwohl Biolumineszenz, vor allem bei marinen Organismen, weit verbreitet ist, ist bislang unverstanden, welche physiologischen Prozesse sie auslöst und wie sie das Verhalten der Lebewesen beeinflusst.

Der Blitzlichtfisch Anomalops katoptron jagt nachts im flachen Wasser von Korallenriffen nach Plankton und zieht sich tagsüber bis zu 400 Meter tief in Unterwasserhöhlen zurück. Unter seinen Augen besitzt er Leuchtorgane, mit denen er blaues Licht mit einer Wellenlänge von 490 Nanometern erzeugt und die er zur Futtersuche nutzt.

Das Team analysierte die genaue Zusammensetzung der Netzhaut von Blitzlichtfischen und fand dabei zwei Sehpigmente, deren Proteinsequenz ähnlich zu der des Rhodopsins von Säugetieren ist.

Beide reagierten bevorzugt auf blaues Licht im Bereich von 485 bis 490 Nanometern – also genau in dem Bereich ihrer eigenen Lumineszenz.

Fische bei Fütterung konditioniert

Im nächsten Schritt analysierte die Gruppe, ob Anomalops katoptron sein Verhalten abhängig von blauem Licht anpassen kann. Sie konditionierten acht Blitzlichtfische, sodass diese nach einem Lichtreiz erwarteten, Futter zu bekommen.

„Wir haben die Fische in Dunkelheit gehalten und zum Füttern eine Rotlicht-Taschenlampe angeschaltet“, erzählt Jens Hellinger. „Ursprünglich dachten wir, die Fische könnten dieses Licht gar nicht wahrnehmen.“ Zu ihrer Überraschung stellten die Forscher jedoch fest, dass sich die Tiere nach Einschalten des Lichts zur Futterstelle bewegten, noch bevor es tatsächlich Futter gab.

Diesem Phänomen ging die Gruppe genauer auf den Grund. Sie testeten, ob die Fische das konditionierte Verhalten bei Lichtreizen mit verschiedenen Wellenlängen zeigten. Dabei verwendeten sie eine viel schwächere Lichtintensität, als die Taschenlampe hatte, die sie zum Füttern genutzt hatten. Anomalops katoptron reagierte nur auf schwaches Blaulicht, aber nicht auf schwaches Rotlicht.

Angepasst an Sternenlicht und Lumineszenz

„Das Sehsystem der Blitzlichtfische scheint darauf angepasst zu sein, Sternenlicht und Licht mit der Wellenlänge der eigenen Biolumineszenz wahrzunehmen – und darauf basierend das eigene Verhalten ändern zu können“, resümiert Stefan Herlitze. „Das offenbart eine völlig neue Funktion der Biolumineszenz bei Fischen.“

Biolumineszenz

Bei der Biolumineszenz wird durch einen chemischen Prozess frei werdende Energie als Licht abgegeben. Das Phänomen findet sich bei unterschiedlichsten Organismen, zum Beispiel bei Bakterien, Pilzen, Insekten oder auch Wirbeltieren.

Die Biolumineszenz wird oft in besonderen Zellorganellen oder Leuchtorganen gebildet. Letztere finden sich zum Beispiel bei vielen Fischen der Tiefsee, bei denen symbiontische Bakterien die Lichtsignale erzeugen.




Artikel kommentieren

Weitere Meldungen

Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Forschung mit Buntbarschen hilft Grundlagen komplexen Verhaltens zu verstehen

Wie werden komplexe Verhaltensweisen im Genom kodiert und im Gehirn verankert?
Weiterlesen

Amazonenkärpflinge vermehren sich durch Klonung und eignen sich deshalb ideal dazu, den Einfluss von Vertrautheit zu erforschen.; Bildquelle: David Bierbach

Fische, die sich lange kennen, gehen aggressiver miteinander um

Bei Tieren kann die Aggressivität untereinander steigen, wenn die Individuen längere Zeit in unveränderten Gruppen zusammenleben
Weiterlesen

Fisch mit Spiegel; Bildquelle: A. Jordan

Putzerfische scheinen sich selbst im Spiegel zu erkennen

Schimpansen, Delfine, Krähen und Elstern erkennen ihr Spiegelbild als Abbild des eigenen Körpers. Bislang gilt dies als Anzeichen dafür, dass diese Arten ein Bewusstsein von sich selbst besitzen
Weiterlesen

Sarah Hartmann (l.) und Prof. Dr. Klaudia Witte von der Universität Siegen haben herausgefunden, dass Zebrafische Infrarotlicht sehr wohl wahrnehmen können.; Bildquelle: Universität Siegen

Wenn für Fischlarven die Nacht zum Tag wird

Biologinnen der Universität Siegen haben herausgefunden, dass Zebrafischlarven Infrarotlicht wahrnehmen können. Das hat weitreichende Konsequenzen für wissenschaftliche Versuche mit diesen Larven
Weiterlesen

Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Woran erkennt ein Fisch einen Artgenossen?

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried zeigen, dass Zebrafische bereits einen virtuellen Punkt als Schwarmpartner erkennen - vorausgesetzt, der Punkt bewegt sich wie ein Fisch
Weiterlesen

Der Elefantenrüsselfisch erzeugt kurze schwache Spannungspulse, mit deren Hilfe er seine Umgebung wahrnimmt. Dabei besitzen unterschiedliche Objekte verschiedene "elektrische Farben".; Bildquelle: Martin Gottwald/Uni Bonn

Fisch erkennt seine Beute an elektrischen Farben

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
Weiterlesen

Schmetterlingsbuntbarsch; Bildquelle: IGB/shutterstock

Fische scheuen kein Blitzlichtgewitter

Fische können - ähnlich wie Säugetiere und Menschen - Stress empfinden. Sie schütten dann die Hormone Adrenalin und Cortisol aus
Weiterlesen

Venezuela Guppys; Bildquelle: David Bierbach, IGB

Lichtverschmutzung macht Fische mutig

Künstliches Licht in der Nacht macht Guppys am Tage risikobereiter, so das Ergebnis eines Verhaltensexperiments von Forschern des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und des Max-Planck Instituts für Bildungsforschung
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen

19.04.