Viele Tiere müssen bei ihren Wanderungen effizient mit Wind oder Wasserströmungen umgehen können, um ihr Ziel trotz starker Drift zu erreichen. Wie kompliziert sind die Mechanismen, die eine solche Kompensation erlauben? Wissenschaftler haben diese Frage jetzt im Fachjournal „Current Biology“ zumindest für eine mittelamerikanische Fischart beantwortet. Danach ist ein verblüffend einfaches neuronales Netzwerk das beste Werkzeug zur Lösung solcher komplexen Aufgaben.
Stefan Schuster und Philipp Krupczynski von der Universität Erlangen-Nürnberg arbeiteten in ihrer neuen Studie mit Fischen, die blitzschnell und punktgenau einen fest stehenden Zielpunkt erreichen und dabei quer zu einer starken Strömung schwimmen müssen. Die Tiere sichern sich ihr Futter auf diese Weise. Die als „Machaca“ bekannten Fische ernähren sich von kleinen Feigen, die ins Wasser fallen. Sie warten unter einem Baum mit reifen Früchten und starten unverzüglich und zielgerichtet, sobald eine Feige fällt.
Keine komplizierten Korrekturmanöver nötig
Das eigentümliche Ernährungsverhalten der Fische machten sich die Erlanger Forscher geschickt zunutze, um zu untersuchen, wie die Tiere ihre Kurswahl an die Strömungsverhältnisse anpassen. Während die Feige in der Luft ohne Verdriftung zu ihrem späteren Auftreffpunkt fällt, führt der Weg des Fisches durch stark strömendes Wasser.
Die große Überraschung war: Die Fische lösen das Problem nicht etwa mit komplizierten Korrekturmanövern auf dem Weg zum Ziel, sondern – in Sekundenbruchteilen – schon am Start. Sobald die Feige fällt, schlagen sie direkt den Kurs ein, der auf kürzestem Weg zum späteren Auftreffpunkt der Frucht führt.
Das Spannende an den Befunden ist für die Forscher, dass die Fische für die Steuerung ihrer schnellen Starts ein verblüffend einfaches Netzwerk verwenden, in dem die optimale Strömungsanpassung flexibel einprogrammiert werden kann.
Ohne Flexibilität geht gar nichts
Flexibilität ist sehr wichtig, da die Fische in ganz unterschiedlichen Strömungsbedingungen optimal navigieren müssen. Die außergewöhnliche Zugänglichkeit dieses Netzwerks eröffnet den Wissenschaftlern einen Einblick in die zellulären Mechanismen, die es erlauben, Umwelteigenschaften – wie etwa die herrschenden Strömungsbedingungen – in kleinen Netzwerken zu speichern und für eine hocheffiziente Bewegungssteuerung zu nutzen.
Damit wird es nach Angaben der Forscher nicht nur möglich, konkret die Mechanismen der Bewegungsplanung auf elementarer Ebene zu verstehen, sondern auch, die gefundenen Prinzipien auf technische Systeme zu übertragen.
(idw – Universität Erlangen-Nürnberg, 19.12.2008 – DLO)
