Elektrische Signale

Question 1

Beschreiben Sie die Entdeckung der elektrischen Organe.

Answer 1

Elekrische Fische:

• schon früh bekannt
• in Ägypten: Wels, der elektrische Felder erzeugen kann;
• in Griechenland: Mormyrus
• im Mittelmeer: Torpedorochen

Entdeckung elektrischer Organe

• Froschschenkel
• Versuche an elektrischen Fischen zu elektrischen Signalen an Teiren, Schocksignale an Aalen
• Batterien von elektrischen Organen von Rochen/Aal inspiriert
• erstes elektrisches Signal: Acetylcholin als Neutrotransmitter an der Neuromuskulären Platte, auch Charaktierisierung des Enzyms Acetylcholinesterase

Question 2

Erklären Sie das Experiment von Hans Lissmann.

Answer 2

Funktion

• Elektrische Signale messbar machen? Wofür sind Signale gut?
• Aktiver Sinn zum Abtasten der Umgebung

Aufbau:

• Füllen der Röhren mit unterschiedlichen Lösungen und Stäben, Erkennen, dass ein Unterschied in Tonröhre vorliegt;
• Glasstab und Metallstab unterscheiden sich in Elektrizität
• Fische wurden dressiert, wohin sie schwimmen

Feststellung:

• Fische nehmen unterschiedliche Elektrizität wahr.
• Elektrisches Organ erzeugt elektrisches Signal, Entladung, Vorzeichen ändern sich: erst Kopfbereich positiv, dann negativ, dann positiv
• Wenn die Rate hoch ist, dann erlangt der Fisch bessere Information über Umgebung, Variierung der Rate

Question 3

Was gibt es für EOD Typen und Frequenzen?

Answer 3

• Pulstyp-EOD/Fisch
• Wellentyp-EOD/Fisch
• Electric Organ Discharge

Question 4

Beschreiben Sie die Erzeugung und Diversität der EOD bei Gymotiformen und Mormyriformen.

Answer 4

Erzeugung

• Schrittmacherkern im Hirnstamm: Frequenz und Rhythmus
• Über Spinale Motoneurone
• Elektrozyten im elektrischen Organ: Wellenform

Gymnotiformen sind Messerfische und kommen in Südamerika vor, sowohl Puly al auch Wellentyp

Mormyriformen sind Nilhechte und kommen in Afrika vor und bilden sowohl Wellen als auch Pulse

Question 5

Wie wird das EOD bei Gymnotiforme erzeugt?

Answer 5

• Schrittmacher im Hirnstamm, elektrisches Signal an elektrisches Organ, dieses besteht aus spinalen Monotneuronen, Spannungssummen in Serie
• elektrisches Feld durch Stromfluss
• Sowohl Wellen- als auch Pulsfische
• Art- und Geschlechtsspezifisch sind die EOD
• Muskelzellen wird innerviert,
• eine große Muskelzelle auf der Rückseite, ganze Säule
• Riesige Zellen, Elektrozyten 0,2 mm
• Synapse auf der Rückseite
• Synapse bindet an Rezeptor
• DP, dann Natrium strömt ein
• Zelle hat Natriumkanäle auf Schwanzseite/Rückseite, Natrium fließt von hinten nach vorne durch den Fisch, positiv geladeene Ionen fließen von hinten nach vorne, im Wasser wieder zurück
• Natriumkanäle schließen, DP an anderer Seite, Natrium fließt von Kopfseite in die Zelle, Kopf negativer Puls
• Variation bei den negativen und positiven Phasen davon abhängig, wie die Ionenkanäle verteilt sind

Question 6

Wo die befinden sich die Sinnesorgane des elektrischen Sinne?

(Gehe zusätzlich auf die aktiven und passiven Sinnesorgane ein.)

Answer 6

• Hautporen enthalten die Sinneorgane des elektrischen Sinns

Aktiv

• Tuberous
• Empfindlich für Verzerrungen des selbsterzeugten elektrischen Felds:
  
  • schwach elektrische Fische,
  • Abtasten der Umgebung mit elektrischem Singal

Passiv:

• Ampullary
• Empfindlich für extern erzeugte elektrische Felder (Muskelaktivität) von Tieren in Wasser:
  
  • viele Fische, z.B. schwach elektrisch Fische, Welse, Haie
  • kein selbsterzeugtes EF
  • reagieren auf EF aus der Umgebung, auch schwache EF, Welse haben passive elektrische Sinnesorgane
• Beispiel: Beute ist im Sand eingegraben: ventiliert, um zu Atmen; die Muskelaktivität braucht elektrische Entladungen, schwache elektrische Felder werden erzeugt, Fische können diese EF detektieren
• Manche Fische haben beides

Question 7

Wo befinden sich die Elektrorezeptororgane?

Answer 7

• Elektrorezeptororgane sind über die ganze Körperoberfläche verteilt
• Aktive Elektroortung: Autokommunikation (was befindet sich im Umkreis)
• Elektrokommunikation mit anderen Fischen

Question 8

Wie kann die Kommunikation im natürlichen Habitat untersucht werden?

Answer 8

Mithilfe eines Elektrodenrasters

Question 9

Was für Informationen enthält das EOD?

Answer 9

• Unterschiedliche lange Entladungen
• von Art zu Art unterschiedlich
• Artinformationen
• Geschlechtsinformationen
• Dominanzstatus

Question 10

Was ist ein Love Chirp?

Answer 10

• Weibchen drückt Ei raus, vorher Kommunikation miteinander, Synchronisation durch Chirps, damit Spermien und Ei gleichzeitig abgegeben werden

Question 11

Beschreiben Sie die Elektrische Feldstärke über die Entfernung.

Answer 11

• Elektrische Feldstärle fällt drastisch mit der Entfernung ab
• Balzkommunikation (Chirps) innerhalb von 30 - 40 cm
• Chirps in Männchenauseinandersetzungen innerhalb von 30 - 40 cm
• Detektion von Konkurrenten über bis zu 2 m (weiteste wahrnehmbare Entfernung)
• Elektrorezeptoren (P-units) sollten kaum noch reagieren auf die EODs von Tieren, die 2 m entfernt sind
• Nervensystem: Sinneszellen, nach 50 cm kaum noch durch uns feststellbar, dass sie reagieren

Question 12

Über welche Entfernung können elektrische Fische Beute wahrnehmen? (Autokommunikation)

Answer 12

• Detektionsdistanz für typische Beutetiere liegt im Bereuch von wenigen cm und sinkt mit der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers
• Unter dem Körpder keine Detektion, daher schräg durch das Wasser schwimmend

Question 13

Beschreiben Sie aus Evolutionssicht die Entwicklung des elektrischen Organs.

Answer 13

• Unabhängige Entwicklung des elektrischen Organs
• Passive Elektrorezeption verlorengegangen in mehreren Gruppen inklusive Vorfahr der Knochenfische
• mehrfach wieder neuentstanden
• Unabhängige Evolution eines Elektrosinns bei zwei Gruppen von Teleostei; einige davon entwickelten aktiven Elektrosinn

Question 14

Zusammenfassung Elektrischer Sinn

Answer 14

• Elektrische Felder als Kommunikationskanal
• Stark und schwach elektrische Fische
• Rezeptororgane in der Haut: ampulläre und tuberöse Elektrorezeptoren für passiven und aktiven elektrischen Sinn
• Frühe Wirbeltiere hatten passiven elektrischen Sinn; verloren bei Vorfahren der Knochenfische; mehrfach neu entstanden bei modernen Knochenfischen; in zwei Gruppen Evolution eines aktiven Elektrosinns (neotropische und afrikanische schwach elektrische
• Signalerzeugung mit Aktionspotenzialen seriell und parallel angeordneter Elektrozyten im elektrischen Organ (abgeleitet von Muskelzellen)
• Art und Geschlechtsspezifität der Signale
• Reichweite für Elektroortung: wenige cm; für Elektrokommunikation: bis 2 m