Schützenfische: Die flinken Wasserpistoleros

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Sie sind die Revolverhelden unter den Fischen: Schützenfische schießen ihre Beute ab - aber nicht mit Blei, sondern mit einer Art Wasserpistole. Das schaffen sie schneller, präziser und mit weniger Hirnaufwand als ein Baseball-Spieler, wie zwei deutsche Forscher herausgefunden haben.

Auch aus dem Wasser wird scharf geschossen: Der Schützenfisch jagt mit Wasserstrahlen, die er aus seinem Maul mit Hochdruck auf ahnungslose Insekten abschießt. Das abgeschossene Tier fällt daraufhin ins Wasser und wird zur leichten Beute des Scharfschützen-Fisches.

Der gesamte Jagdvorgang ist komplex: Nicht nur muss der Schützenfisch seine Beute treffen - manche Schützenfische schießen sogar noch auf vier Meter Entfernung zielsicher. Auch den Aufschlagort des Beutetiers auf der Wasseroberfläche muss der Fisch blitzschnell berechnen. Der kann sehr unterschiedlich ausfallen, je nach Wucht und Winkel, in dem es von dem Wasserstrahl getroffen wird. Und dann gilt: Der frühe Fisch fängt den Wurm. Denn die Konkurrenz schläft nicht - je früher der Fisch in die richtige Richtung und mit der richtigen Geschwindigkeit los schwimmt, desto größer seine Chancen den Leckerbissen zu kriegen, bevor ihm andere Fische zuvor kommen. Das alles - Schuss, Berechnung des Aufschlagortes, schnelles und zielgerichtetes Losschwimmen - findet innerhalb weniger Sekunden statt.

Besser als ein Baseball-Spieler

Die Biologen Thomas Schlegel und Stefan Schuster von der Universität Erlangen-Nürnberg haben herausgefunden, dass für die schnelle Entscheidung und Berechnung, wohin und wie schnell der Fisch schwimmen muss, um die Fliege im Wasser zu erwischen, weniger Informationen und Hirnleistung erforderlich ist, als man vielleicht annehmen könnte. "Der Mensch schafft das nicht", sagte Thomas Schlegel SPIEGEL ONLINE. Eine vergleichbare Aufgabe ist das sogenannte "Outfielder-Problem", das dem amerikanischen Baseball-Sport entlehnt ist. Dabei muss der Outfielder, also der Fänger, den in der Luft fliegenden Ball ständig beobachten, während er ihm hinterher läuft um ihn zu fangen. "Anders als die Fische im Wasser steuert der Outfielder aber nicht zielstrebig auf sein Ziel zu, sondern läuft immer einen Bogen", erklärt Schlegel. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die beiden Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science".

Schützenfische: Schnelle und genaue Entscheidungen mit nur wenigen Nervenzellen
V. Runkel, S. Schuster / Uni Erlangen-Nürnberg

Schützenfische: Schnelle und genaue Entscheidungen mit nur wenigen Nervenzellen

Wichtige Parameter wie Schusswinkel oder Ort der Beute vor dem Fall sind für die komplexe Berechnung des Fisches unwichtig, fanden Schlegel und Schuster heraus. Einzig und allein entscheidend sind visuelle Informationen wie Kontrast zwischen Beute und Hintergrund und die Bewegungsinformationen des Falls der Fliege auf die Wasseroberfläche.

In mehreren Experimenten schalteten Schlegel und Schuster nacheinander verschiedene Informationsparameter aus - zunächst die Schusswinkelinformation. In einem ersten Experiment ließen sie die Fische nicht schießen, sondern pusteten selbst Fliegen von einer Plattform ins Wasser. Die Fische konnten die Fliegen aber erst sehen, als sie ins Wasser fielen. Dann maßen die Forscher die Reaktionszeit und die Schwimmgenauigkeit der Fische auf die Beute zu. Das Ergebnis: Obwohl die Fische gar nicht selbst geschossen hatten, schwammen sie genauso schnell und exakt auf die ins Wasser fallenden Fliegen zu, als wenn sie sie selbst erlegt hätten.

In einem zweiten Experiment wollten die Wissenschaftler wissen, wie wichtig die vorherige Kenntnis des Ortes der Beute für die Fische war. Dabei zeigten sie den Fischen zunächst eine Fliege auf einer Plattform und lockten sie so an. Doch dann wurde die Fliege von einer anderen Plattform aus ins Wasser gepustet - in wechselndem Abstand. Ergebnis: Obwohl die Fische zunächst von einem anderen Fallort ausgingen, schwammen sie genauso schnell und präzise auf die von der unbekannten Plattform fallende Fliege zu. Erst bei größeren Abständen über 40 Zentimeter zögerten die Fische etwas länger als gewöhnlich, bevor sie los schwammen.

Nur wenige Nervenzellen beteiligt

Selbst als Schlegel und Schuster gleichzeitig zwei Fliegen von einer Plattform in verschiedene Richtungen pusteten, hatte das keine Auswirkungen auf die Schnelligkeit und Genauigkeit der Fische. Die entschieden sich sofort für eine der beiden Fliegen - und das nicht etwa zufällig, sondern sie bevorzugten jeweils die Fliege, die näher zu ihnen auf der Wasseroberfläche landete.

Die Reaktionsgeschwindigkeit der Fische war abhängig von der guten Sichtbarkeit der Fliege vor dem Hintergrund, fanden Schlegel und Schuster heraus. Erhöhten die Forscher durch stärkeres Licht den Kontrast, brauchten die Fische weniger Zeit für die Schwimmentscheidung. Jedoch schien bei 40 Millisekunden eine kritische Grenze erreicht - schneller als dieser Wert waren die Fische niemals.

Aus dieser beobachteten kritischen Mindestreaktionszeit der Fische schlossen Schlegel und Schuster, dass in dieser kurzen Reaktionszeit nur wenige Nervenzellen an dem gesamten komplexen Entscheidungsmechanismus beteiligt sein können. Dabei müssen wichtige erste Berechnungen bereits in der Netzhaut des Fisches erfolgen, vermuten Schlegel und Schuster. Aus neuronalen Untersuchungen an Goldfischen schätzen die Forscher die Dauer dieser Berechnungsvorgänge in der Netzhaut auf 10 bis 15 Millisekunden. In der restlichen Zeit müssten die Signale aus den Augen dann mit der räumlichen Position des Fisches verrechnet und in eine Bewegung umgesetzt werden. Der kürzeste Weg für die Entscheidungsfindung, so vermuten Schlegel und Schuster, könnte vermutlich über nur sechs Nervenzell-Stationen erfolgen.

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