Tierischer Durchblick in tiefster Dunkelheit

13. April 2016, 05:30
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Einige Wesen haben auch bei minimalen Lichtverhältnissen gute Sicht. Der Zoologe Eric Warrant ist ihren Tricks auf der Spur

Lund – Kommt der Frühling in Fahrt, herrscht im Auwald auch nach Einbruch der Dunkelheit Dauerbetrieb. Unzählige Insekten schwirren herum. Viele Menschen kennen sie nur als lästige Blutsauger, doch es sind noch ganz andere, faszinierende Geschöpfe unterwegs. Deilephila elpenor zum Beispiel. Die bunten, im deutschen Sprachraum als Mittlere Weinschwärmer bekannten Nachtfalter eilen flink von Blüte zu Blüte. Wie Kolibris verharren sie zum Nektartrinken schwebend, während ihre Flügel auf Hochtouren schwingen. Das funktioniert auch bei unruhigem Wetter – sogar in tiefer Finsternis. Wie gelingt den Tieren das?

Eric Warrant geht dieser Frage nach. Der an der schwedischen Universität Lund tätige Zoologe erforscht seit Jahren das Sehvermögen nachtaktiver Spezies. Heute, Mittwoch, wird er an der Akademie der Wissenschaften in Wien über seine Arbeit berichten.

Das Geheimnis der Weinschwärmer haben Warrant und sein Team zum Teil gelöst. Wie die meisten Insekten verfügen die Nachtfalter über Facettenaugen, zusammengesetzt aus tausenden sogenannten Ommatidien. Normalerweise trägt jeder dieser Rezeptoren ein Pixel zum Gesamtbild im Gehirn bei. Die nachtaktiven Schwärmer bedienen sich jedoch eines neurologischen Tricks. Um bei minimalen Lichtmengen noch gut sehen zu können, tragen sie die wenigen verfügbaren Reize zusammen. Fachleute bezeichnen dieses Prinzip als Summation. Die Signale werden gebündelt, sagt Warrant. Das Ergebnis, eine verbesserte Nachtsicht, geht zwar auf Kosten der Sehschärfe, aber dieser Nachteil gleiche sich aus.

Neurologischer Trick

Was hinter der räumlichen Summation steckt, zeigen mikroskopische Aufnahmen. In den Augen von Deilephila elpenor und den amerikanischen Tabakschwärmern, Manduca sexta, finden sich zahlreiche Nervenzellen mit besonders langen, seitlichen Fortsätzen: Dendriten. Sie verbinden dutzende Ommatidien und leiten deren Signale an das Gehirn weiter (vgl.: "Journal of Comparative Physiology", Bd. 524, S. 160). Die Augen des mit beiden Schwärmerarten nah verwandten tagaktiven Taubenschwänzchens (Macroglossum stellatarum) weist keine so breit verzweigten Neuronen auf.

Der Mittlere Weinschwärmer betreibt aber auch eine zeitliche Summation und kombiniert diese mit der räumlichen Reizbündelung. Wie die Signalakkumulierung über kurze Zeiträume im Detail funktioniert, ist noch nicht bekannt. Ihr dürfte eine biochemische Reaktionskette zugrunde liegen, meint Warrant. Die gemeinsame Auswertung räumlich und zeitlich summierter Signale übernehmen jedoch sehr große spezialisierte Nervenzellen im Sehzentrum des Schwärmerhirns (vgl.: "Current Biology", Bd. 26, S. 821). "So ist es ihnen möglich, bei 100-fach schwächerem Licht zu sehen, und viel genauer." Der Schein der Sterne reicht den Weinschwärmern vollkommen, um nachts auf Sicht zu fliegen. Der Mond wird nicht benötigt.

Derart erstaunliche Anpassungen gibt es allerdings nicht nur bei Insekten. Diverse Tierarten leben schließlich dort, wo es immer Nacht ist: in den Kellergeschoßen der Ozeane. Spuren von Sonnenlicht dringen höchstens bis in etwa 1000 Meter Tiefe vor. Trotzdem haben viele Bewohner dieser dunklen Gefilde gut entwickelte Augen, und das aus gutem Grund, denn ganz finster ist es in der Tiefsee nicht. Viele Rippenquallen, Krebse und Fische verfügen über Leuchtorgane, sogar das Plankton neigt mitunter zum Funkeln. Die Lichtsignale dienen der Kommunikation, der Abschreckung oder dem Anlocken von Futter.

Riesenkalmare (Architeuthis dux) nutzen ihre großen Augen mit bis zu 30 Zentimeter Durchmesser in erster Linie zur Feinderkennung. Die Tintenfische halten sich vor allem tagsüber in der Tiefsee auf, müssen sich aber auch dort vor Pottwalen in Acht nehmen. Letztere orten ihre Beute mithilfe von Schall. Ihre eigene Anwesenheit verraten die Meeressäuger ungewollt durch Bewegungen. Sie regen Kleingetier zum Leuchten an. Der Walkörper gleitet in einer schwach leuchtenden Wolke durchs Wasser – für Riesenkalmare ein Zeichen nahenden Unheils. Berechnungen von Warrant und Kollegen zufolge können die Weichtiere ihre Gegner so auf 120 Meter orten (vgl.: "Current Biology", Bd. 22, S. 683).

Optimale Lichtausbeute

Andere Tiefseegeschöpfe setzen ihr Sehvermögen vor allem bei der Jagd ein. Der Escolar, zoologisch Lepidocybium flavobrunneum, ist einer von ihnen. Die schwarzen Raubfische verbringen den Tag im tieferen Wasser, ab 200 Meter abwärts, und ziehen nachts zum Fressen an die Oberfläche. Ein Forscherteam hat die Augen des Escolars analysiert, auch Warrant war beteiligt. Die Untersuchungen offenbarten mehrere erstaunliche Details. Zum einen verfügen die Fische in ihren Netzhäuten nicht etwa nur über eine, sondern bis zu acht Lagen aus Rezeptorzellen, allesamt Stäbchen. Dem Escolar erscheint die Welt also in Schwarz-Weiß.

Die Schichtung der Rezeptoren dient der optimalen Lichtausbeute. Dank dieses Aufbaus bringt es das Escolar-Auge auf über zwei Millionen Sinneszellen pro Quadratmillimeter Netzhaut. Beim Menschen sind es maximal 200.000 pro Quadratmillimeter. Hinter der Netzhaut der Fische liegt zudem ein sogenanntes Tapetum lucidum: Eingefallene Lichtquanten, die bis dahin nicht absorbiert wurden, werden reflektiert und treten den Gang durch die Stäbchenschichten erneut an.

Zur weiteren Verbesserung seiner Wahrnehmung greift auch der Escolar auf Summation zurück – räumlich und anscheinend auch zeitlich. Elektrophysiologische Messungen in Netzhautproben der Tiere haben eine besonders niedrige Flimmerfusionsfrequenz von maximal neun Hertz aufgezeigt (vgl.: "Philosophical Transactions of the Royal Society B", Bd. 369, 20130039). Das heißt: Die Fische können kurz aufeinanderfolgende Lichtimpulse nicht unterscheiden und sehen sie als Einzelblitz. Bewegungen werden somit nur verzögert wahrgenommen.

Für die Räuber ist die Zeitlupensicht offenbar kein Problem. Sie stellen vermutlich eher langsamer Beute nach, sagt Warrant. Auf eine solche Jagdtaktik weist auch die zweidimensionale Struktur der Netzhaut hin. Der Bereich mit der höchsten Dichte an Nervenzellen liegt dort, wo von oben einfallendes Licht eintrifft. Der Escolar lauert offenbar unten in der Dunkelheit und erkennt die Silhouetten seiner Opfer vor dem Nachthimmel. (Kurt de Swaaf, 13.4.2016)


Die Karl von Frisch Lecture des Zoologen Eric Warrant findet am Mittwoch, 13. April um 18 Uhr im Festsaal der Akademie der Wissenschaften in Wien statt.

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ÖAW Veranstaltung

  • Tintenfische halten sich tagsüber in der Tiefsee auf – ihre Augen erreichen bis zu 30 Zentimeter Durchmesser und dienen in erster Linie der Feinderkennung.
    foto: picturedesk / rex features / joshua lambus

    Tintenfische halten sich tagsüber in der Tiefsee auf – ihre Augen erreichen bis zu 30 Zentimeter Durchmesser und dienen in erster Linie der Feinderkennung.

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