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Roboterfisch bringt „echte“ Artgenossen zum Reden

Ein ferngesteuerter Wagen (unten) ist magnetisch an die Fischattrappe (rechts) gekoppelt und kann sie so bewegen. Der Nilhecht reagiert auf Spannungspulse der Attrappe (grau) mit Echos (blau). © AG von der Emde/Universität Bonn

Die nachtaktiven afrikanischen Nilhechte erzeugen elektrische Spannungspulse und verschaffen sich damit ein erstaunlich genaues Bild ihrer Umgebung. Sie können mit diesen Pulsen aber auch gezielt bestimmte Mitglieder ihres Schwarms ansprechen – fast, als würden sie sie beim Namen rufen. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität Bonn, die nun in der Zeitschrift "PNAS" erschienen ist.

Um dieser ungewöhnlichen Form der Kommunikation auf die Schliche zu kommen, griffen die Forscher zu einem Trick: Sie konstruierten einen Roboterfisch aus Gummi, dessen Schwimmrichtung sich fernsteuern ließ. Die Attrappe verfügte über zwei Empfänger-Elektroden, mit denen sie die elektrischen Signale „echter“ Nilhechte registrieren konnte. Zwei Sender-Elektroden ermöglichten es ihr zudem, selbst Spannungspulse abzustrahlen.

„Wir haben diesen Roboter zu einem afrikanischen Nilhecht ins Wasser gesetzt“, erklärt Prof. Dr. Gerhard von der Emde vom Institut für Zoologie der Universität Bonn. „Dann haben wir beobachtet, wie die beiden aufeinander reagierten.“ Der Wissenschaftler erforscht seit vielen Jahren die Sinnesleistungen schwach elektrischer Fische. Diese erzeugen ihre Spannungspulse nicht, um damit Gegner außer Gefecht zu setzen. Stattdessen liefert ihnen ihr Elektro-Sinn ein erstaunlich detailreiches Bild ihrer Umgebung. Sie können so beispielsweise in pechschwarzer Nacht die Form und Größe von Objekten erkennen.

Morsebotschaft unter Wasser

Man könnte die Spannungspulse vielleicht mit den Tönen eines Sonars vergleichen: Jeder Nilhecht stößt einen kurzen, charakteristischen „Ton“ aus, der sich von denen anderer Arten unterscheidet. Dieser wird von der Umgebung verändert, was dem Fisch erlaubt, sich zu orientieren. Und er macht das nicht nur einmal, sondern ständig – immer wieder von kürzeren oder längeren Pausen unterbrochen. Das Ganze ähnelt einer chaotisch anmutenden Morsebotschaft.

Möglicherweise ist diese Analogie treffender, als es auf den ersten Blick scheint. Die Wissenschaftler vermuten, dass Nilhechte ihre Elektro-Signale auch zur Kommunikation miteinander nutzen. „Unsere Ergebnisse stützen diese These“, sagt Martin Worm, der in der Arbeitsgruppe von Prof. von der Emde promoviert.

So schwamm die Attrappe in einem der Versuche im Becken hin und her, ohne dabei Spannungspulse abzugeben. Der echte Fisch ignorierte seinen angeblichen Artgenossen daraufhin weitgehend. Anders war es, wenn der Roboter die für Nilhechte typischen Elektrosignale erzeugte. Er wurde daraufhin für seinen Aquariums-Mitbewohner deutlich interessanter. Dieser folgte ihm dann beispielsweise durch das Aquarium.

Die größte Aufmerksamkeit erzielte der Roboter allerdings, wenn er die „Morsebotschaften“ des echten Fischs „nachplapperte“, also rund 20 Millisekunden nach jedem Puls des Nilhechts ebenfalls ein Signal erzeugte. „Durch dieses 'Echo' zeigte der Hecht jetzt erst Recht an der Attrappe Interesse und schwamm zum Beispiel direkt auf sie zu“, erklärt Worm.

Aber nicht nur das: Der Fisch passte seine Elektro-Signale nun seinerseits an die der Attrappe an. Aus der unregelmäßigen Abfolge von Pulsen wurde ein regelmäßiges Hin und Her – wie bei einem Ballwechsel zweier Tennisspieler. Etwa ein bis zwei Sekunden dauerte diese Synchronisation, die auch schon in der freien Natur beobachtet wurde.

„Wir nehmen an, dass sich Fische auf diese Weise ganz gezielt an andere Schwarm-Mitglieder richten, um sich mit ihnen auszutauschen“, vermutet von der Emde. Vereinfacht gesagt: Indem sie den „Sprechrhythmus“ eines Artgenossen imitieren, teilen sie ihm mit, dass sie mit ihm kommunizieren möchten. Und dieser zeigt, dass er verstanden hat, indem er sich seinerseits an den Duktus des ersten Fisches anpasst. Die Synchronisation initiiert also das eigentliche „Gespräch“.

Die Wissenschaftler wollen nun herausfinden, wie es danach weiter geht: Welche Informationen werden ausgetauscht? Gibt es beispielsweise bestimmte Puls-Sequenzen, die Gefahr signalisieren oder anzeigen, dass einer der Kommunikationspartner Nahrung gefunden hat? Dabei soll ihnen wieder ihr Roboter-Fisch helfen, der von ihrem Kooperationspartner Prof. Dr. Tim Landgraf von der FU Berlin gebaut wurde. „Wir hoffen, so Antworten auf diese Fragen zu finden“, sagt von der Emde. „Schon jetzt deutet sich an, dass das Sozialverhalten der Nilhechte sehr viel interessanter ist, als man bislang dachte.“

Universität Bonn


Originalpublikation:

Martin Worm, Tim Landgraf, Julia Prume, Hai Nguyen, Frank Kirschbaum und Gerhard von der Emde: Evidence for mutual allocation of social attention through interactive signaling in a mormyrid weakly electric fish; Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS); DOI: 10.1073/pnas.1801283115

https://doi.org/10.1073/pnas.1801283115