Forschung & Entwicklung

Lichtrezeptoren steuern Verhalten von Blitzlichtfischen

Bislang unbekannte Proteinkomponenten von Sehpigmenten wurden in biolumineszenten Blitzlichtfischen entdeckt. Die sogenannten Opsine ermöglichen es Tieren, Licht einer definierten Wellenlänge wahrzunehmen.

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 besitzt unter seinen Augen Leuchtorgane, mit denen er blaues Licht mit einer Wellenlänge von 490 Nanometern erzeugt und die er zur Futtersuche nutzt.

Ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) 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.

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 Rotlichttaschenlampe angeschaltet“, erzählt Dr. 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. Die Blitzlichtfische reagierten nur auf schwaches Blaulicht, aber nicht auf schwaches Rotlicht.

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. Das offenbart eine völlig neue Funktion der Biolumineszenz bei Fischen.

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.

Originalveröffentlichung:

[M. D. Mark, M. Donner, D. Eickelbeck, J. Stepien, M. Nowrousian, U. Kück, F. Paris, J. Hellinger, S. Herlitze, Visual tuning in the flashlight fish Anomalops katoptron to detect blue, bioluminescent light, PLOS ONE (2018), DOI: 10.1371/journal.pone.0198765]

von mn

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