E26 Elektrische und magnetische Felder

Thema

Diese Elektrorezeption, die Wahrnehmung elektrischer Felder als primärer Sinn, findet sich bei Haien, Rochen, elektrischen Fischen und einigen Amphibien: Die Lorenzinischen Ampullen dieser Knorpelfische detektieren dieses elektrische Feld mit extremer Empfindlichkeit, vergleichbar mit der Wahrnehmung des Feldes einer handelsüblichen Haushaltsbatterie aus vielen Kilometern Entfernung. Dieselbe extreme Empfindlichkeit ermöglicht es dem Knorpelfisch, im Sand vergrabene Beute mithilfe des bioelektrischen Feldes zu orten, das von den Muskeln und Nerven der Beute erzeugt wird. Da die vergrabene Beute ein noch intensiveres bioelektrisches Feld erzeugt, kann der Knorpelfisch sie aus noch größerer Entfernung im Sand orten.

Dieses dipolare elektrische Feld im Salzwasser, das den Knorpelfisch umgibt, nimmt mit zunehmender Entfernung deutlich schneller ab als Licht- oder Schallgeschwindigkeit, wie ein anderes Modell dieses Systems gezeigt hat. Folglich ist die effektive Reichweite der Elektrorezeption bei den meisten dieser Arten auf eine relativ kurze Distanz begrenzt. Dieses dichte und hochleitfähige Meerwasser ermöglicht es jedoch selbst kleinen bioelektrischen Potenzialen, einen Strom zu erzeugen, der von den Lorenzinischen Ampullen detektiert werden kann. Da dieses dipolare elektrische Feld mit zunehmender Entfernung noch schneller abklingt als zu Beginn dieses Absatzes erwähnt, ist die effektive Reichweite der Elektrorezeption entsprechend geringer.

Fische wie die Apteronotiden oder Mormyriden hingegen erzeugen ihr eigenes elektrisches Feld und detektieren die Störungen, die ein nahes Objekt in diesem Feld hervorruft – eine aktive Elektrolokalisierung, die sich deutlich von der passiven Elektrorezeption unterscheidet, von der dieses Modell ausging. Dieses selbstgenerierende, bereits dipolare elektrische Feld wird beim Vorbeiflug an einem leitfähigen oder dielektrischen Objekt verzerrt. Diese Verzerrung wird durch die Differenz zwischen den Lorenzinischen Ampullen auf der einen und der gegenüberliegenden Körperseite des Fisches detektiert, ähnlich dem Vergleich beider Körperseiten in einem anderen Modell dieses Systems zur Ortung einer Schallquelle. Dieser Vergleich beider Körperseiten des Fisches ermöglicht ihm eine außergewöhnlich hohe räumliche Auflösung in Bezug auf nahe Objekte. Die Tatsache, dass dieses Objekt in der Nähe des Fisches leitfähiger oder dielektrischer ist, führt dazu, dass die Verzerrung des elektrischen Feldes des Fisches stärker und somit leichter zwischen den beiden Körperseiten wahrnehmbar ist.

Diese Magnetorezeption nutzt jedoch zwei sehr unterschiedliche Mechanismen: einen ersten mechanischen Mechanismus, bei dem ein Magnetitkristall in einer spezialisierten Zelle als mechanischer Kompass fungiert, sich am Erdmagnetfeld ausrichtet und dadurch einen Mechanorezeptor im selben Organismus aktiviert. Dieser wiederum erstellt durch dieselbe Rotation ein weiteres Modell dieses Systems. Der zweite, rein chemische Mechanismus beruht darauf, dass ein freies Elektronenpaar in einem magnetfeldempfindlichen Molekül im Auge des Organismus durch seine eigene interne Chemie vom Erdmagnetfeld beeinflusst wird. Da dieser Organismus diesen zweiten chemischen Mechanismus anstelle des ersten mechanischen nutzt, hängt seine Magnetorezeption von einer auf das Magnetfeld reagierenden chemischen Reaktion ab und nicht von einem mechanisch rotierenden Magnetitkristall.

Dieses Modell mit seiner ausgeprägten Elektrorezeption und Magnetorezeption bewirkt daher, dass im Körper eines Fisches, der im Erdmagnetfeld schwimmt, eine induzierte Spannung entsteht. Diese induzierte Spannung ist für die Elektrorezeptoren des Fisches genau deshalb messbar, weil ihre typische Stärke exakt an der Auflösungsgrenze der Lorenzinischen Ampullen liegt, die auch zur Entwicklung dieses Modells verwendet wurden. Dieselbe Hypothese erklärt, wie ein Hai oder eine Meeresschildkröte das Erdmagnetfeld zur Navigation über weite Strecken im Ozean nutzen können. Da dieser Fisch mit höherer Geschwindigkeit durch das Erdmagnetfeld schwimmt, ist die induzierte Spannung in seinem Körper entsprechend größer und für die Elektrorezeptoren leichter zu erfassen.

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