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Wissen
05/20/2021

"Singende" Piranhas: Zoologen klärten Entwicklung ihrer Kommunikation

Grazer Zoologen entschlüsselten Kommunikation der Fische, bei der Bewegungsapparat und Schallsystem beteiligt sind.

Schwimmblase, Muskel und neuronale Netzwerke: Mit Hilfe dieser entwickelten die gefürchteten Fische eine Kommunikation untereinander. Sie verschaffen sich Gehör durch Vibrationen ihrer Schwimmblase, die wiederum von der Kontraktion zweier Muskeln, die ursprünglich für einen anderen Zweck geformt waren, hervorgerufen werden.

Wie sich die Kommunikation dieser Fische in südamerikanischen Gewässern entwickelt hat, versucht Neurobiologe Boris Chagnaud an der Universität Graz mit Kollegen der Universität Lüttich zu entschlüsseln. Die Studie wurde im Journal of Experimental Biology veröffentlicht.

Das Team hat die Aktivität des Bewegungsapparates als auch der Schallmuskulatur der Piranhas gemessen. Dabei kam die sogenannte Elektromyographie (EMG) zum Einsatz, bei der die Muskelaktivität anhand von elektrischen Aktionsströmen der Muskeln erfasst wird. 

"Die Laute der Piranhas werden durch die Vibration der Schwimmblasenwand erzeugt, die durch die Kontraktion der bilateralen Schallmuskeln verursacht wird", erläuterte der Grazer Professor für Biologie in seiner jüngsten, gemeinsam mit seinen belgischen Kollegen publizierten Studie. Wie er aber auch weiß, diente das neuronale Netzwerk, das die lautproduzierenden Muskeln durch Signale kontrolliert, in früheren Phasen der Evolution ausschließlich der Fortbewegung - dem Schwimmen.

Partnerwerben oder Warnung

Viele Fische können eine Reihe von beabsichtigten Tönen erzeugen, um Partner zu umwerben, Warnsignale abzugeben, ihr Revier zu verteidigen oder den Zusammenhalt eines Schwarms zu sichern. Einige "singen" mit ihrer Schwimmblase - das gilt auch für rotbauchige Piranhas (Pygocentrus nattereri).

Letztere sind Objekt der Forschung des Neurobiologen Boris Chagnaud, der seit zweieinhalb Jahren am Institut für Biologie an der Universität Graz arbeitet. Er untersucht an den Raubfischen der tropischen Süßgewässer, wie die Evolution neuronale Netzwerke verändert, um neue Verhaltensmuster hervorzubringen.

"Mit Hilfe der Elektromyographie haben wir erstmals die Aktivierungsmuster beider Schallmuskeln während der freiwilligen Schallerzeugung in Piranhas sowie die Aktivität der Bewegungsmuskeln beim Schwimmen aufgezeichnet", wie Chagnaud erläuterte.

Neuronale Netzwerke

Aus den Ergebnissen schließen die Forscher, dass sich im Laufe der Evolution neuronale Netzwerke für langsame, wechselweise durchgeführte Muskelkontraktion, die für die Fortbewegung notwendig sind, allmählich zu Netzwerken für eine sehr schnelle, gleichzeitige Anspannung von Muskeln veränderten.

Beobachtungen bei Wirbeltieren wie etwa Mäusen hätten laut den Autoren bereits gezeigt, dass kleine genetische Veränderungen (Genveränderung oder Unterdrückung) eine "Neuverdrahtung" neuronaler Verbindungen induzieren können, die für die Änderung des motorischen Verhaltens verantwortlich ist.

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