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Rüsselfische können auch im Trüben sehen

In Sachen Orientierung ist der Elefantenrüsselfisch ungeschlagen: Um sich in den trüben Gewässern des Regenwaldes zurechtzufinden setzt er elektronische Impulse zum Beutefang ein und schützt sich mit hochspezialisierten Augen vor Fressfeinden. Wissenschaftler der Universitäten Tübingen, Bonn, Bayreuth und Leipzig haben nun entschlüsselt, wie das Auge dieses afrikanischen Fisches funktioniert. In einem von der DFG geförderten Projekt untersuchten Zoologen, Neurobiologen und Physiker den Aufbau und die Leistung seines visuellen Systems. Die Ergebnisse erscheinen am 29. Juni im Magazin „Science“ unter dem Titel „Photonic crystal light collectors in fish retina improve vision in turbid water“.

Mikroskopischer Schnitt durch die Netzhaut des Elefantenrüsselfischs. © Eberhard Karls Universität Tübingen
Die Arbeitsgruppe von Prof. Hans-Joachim Wagner am Anatomischen Institut der Universität Tübingen klärte dabei die Feinstruktur der Netzhaut auf. Die Tübinger Wissenschaftler hatten in den letzten Jahren bereits eine Reihe von Tiefseefischen studiert und untersucht, wie deren Augen an das Restlicht in großen Tiefen beziehungsweise an die Fähigkeit, selbst Licht zu produzieren (Biolumineszenz), angepasst sind. Solche Spezialisierungen müssen immer zwei Anforderungen genügen: Entweder die Netzhaut verfügt über eine optimale räumliche Auflösung und kann besonders scharf sehen ‒ dann benötigt sie viel Licht. Oder sie ist besonders lichtempfindlich und funktioniert auch nachts ‒ dann ist jedoch die Sehschärfe beeinträchtigt. Anders ist das beim Elefantenrüsselfisch, bei dem die Forscher eine neuartige Kombination dieser Eigenschaften und eine ganz eigene Spezialisierung feststellten. Die Retina sei weder nur auf Lichtempfindlichkeit und Nachtsicht, noch ausschließlich auf eine besonders hohe Sehschärfe ausgelegt, sagt Prof. Wagner. „Vielmehr ist ihre spezielle Anpassung von besonderem Vorteil für das Überleben in trüben Gewässern mit Streulicht.“

Zwei Besonderheiten fanden sich in der Netzhaut: Zum einen sind die Photorezeptoren in Bündeln von ca. 30 Zapfen und mehreren hundert Stäbchen angeordnet, während sie beim Menschen ein mehr oder weniger dichtes, gleichmäßiges Raster bilden. Zum anderen sind diese Bündel eingehüllt von mehreren Schichten optisch aktiver Guaninkristalle, die wie ein Parabolspiegel wirken. Sie bündeln das einfallende Licht und erweitern den Empfindlichkeitsbereich der Zapfen, während sie gleichzeitig die Stäbchen vor zu viel Licht schützen. In der Dämmerung können beide Photorezeptortypen somit gleichzeitig arbeiten, sie bilden jedoch nur ein sehr grobes „Bündel-Raster“ ab.

Verhaltensexperimente haben gezeigt, dass diese Eigenschaften die Rüsselfische unempfindlich gegen „optisches Rauschen“ machen. Sie sind so in der Lage, auf große, bewegte Objekte ‒ unabhängig von deren Farbe ‒ schneller und zuverlässiger zu reagieren als Kontrollfische ohne Photorezeptor-Bündel und Parabolspiegel. In trüben Gewässern mit vielen, teils reflektierenden Schwebstoffen (vergleichbar mit dichtem Nebel) können Elefantenrüsselfische durch ihre hochspezialisierte Netzhaut Fressfeinde effektiv erkennen und vor ihnen Schutz suchen.

Wegen der großen Artenzahl der Fische und der Anpassung an die verschiedensten Lebensräume sind Fischaugen seit langem ein bevorzugtes Modell für die Evolutionsforschung. Andererseits hat der Zebrafisch in der Molekularbiologie in vieler Hinsicht die Fruchtfliege als Modellsystem ersetzt. Sein Auge und seine Retina dienen der Erforschung von erblichen Erkrankungen, wie Retinitis pigmentosa. Zudem wurden an der Netzhaut von Fischen wichtige Fragen der Grundlagenforschung untersucht, wie zum Beispiel die Prinzipien der Reizwandlung und Signalverarbeitung.

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