A4 Seitenlinienveränderung

Thema

Die Seitenlinie ist das empfindlichste hydromechanische Umweltsensorsystem von Fischen und kann Strömungsgeschwindigkeitsänderungen von nur einem Mikrometer pro Sekunde erfassen. Diese Empfindlichkeit beruht auf zwei Rezeptortypen, den Neuromasten, die in Kanälen unter der Haut und auf der Körperoberfläche verteilt sind. Die Seitenlinie kann auf drei verschiedene Arten beeinträchtigt werden: Schwebstoffe blockieren die Kanäle der Seitenlinie oder bedecken die oberflächlichen Neuromasten; chemische Verunreinigungen wie Tenside, Schwermetalle oder Anästhetika wie MS-222 verändern die Elektrophysiologie der Haarzellen, aus denen jeder Neuromast besteht; und die Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Aminoglykosid-Antibiotika zerstört diese Haarzellen irreversibel, im Gegensatz zu den anderen Verunreinigungen, die lediglich ihre Funktion beeinträchtigen, ohne sie zu zerstören. Sedimentablagerungen wirken physikalisch auf den Kanal der Seitenlinie, der als ein durch das Sediment teilweise verstopftes Rohr verstanden werden kann. Mit zunehmender Sedimentablagerung im Kanal steigt der hydraulische Widerstand, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit, die normalerweise die kanalisierten Neuromasten stimuliert, reduziert wird. Bei vollständiger Verstopfung des Seitenlinienorgans reagieren die darin befindlichen Neuromasten nicht mehr auf äußere Reize, unabhängig von der Stärke der umgebenden Strömungsstörung. Die Wahrnehmungsschwelle des Seitenlinienorgans steigt proportional zum Grad der Verstopfung: Je mehr Sediment sich ablagert, desto stärker muss die Strömungsstörung sein, damit der Fisch sie wahrnimmt.

Der chemische Abbau von Haarzellen beeinflusst hingegen die effektive Anzahl funktionsfähiger Zellen im Seitenlinienorgan: Je mehr Haarzellen durch Schadstoffe oder Aminoglykoside verändert oder zerstört werden, desto geringer ist die effektive Anzahl funktionsfähiger Zellen. Diese Reduktion wiederum verringert das Signal-Rausch-Verhältnis des gesamten Systems, da das Seitenlinienorgan seine Empfindlichkeit durch die gleichzeitige Summation der unabhängigen Signale vieler Haarzellen aufbaut. Dieser Abfall des Signal-Rausch-Verhältnisses ist jedoch nicht proportional zum Rückgang der Zellzahl, sondern verläuft gradueller. Da das Signal-Rausch-Verhältnis von der Quadratwurzel der Anzahl funktionsfähiger Zellen abhängt, reduziert der Verlust eines Teils der Haarzellen die Empfindlichkeit des Systems nur geringfügig.

Sowohl die mechanische Blockierung durch Sedimente als auch der chemische Abbau von Haarzellen führen zum gleichen Verlust der Seitenlinienfunktion. Dieser Funktionsverlust beeinträchtigt drei Fähigkeiten der Fische, die direkt davon abhängen: die Fähigkeit, Beute im Dunkeln aufzuspüren, wobei die Seitenlinie das Sehvermögen ersetzt; die Fähigkeit, die Position in einer Strömung durch rheostatische Reorientierung zu halten, was die Wahrnehmung der Strömungsrichtung voraussetzt; und die Fähigkeit, das Schwimmen im Schwarm zu koordinieren, indem man die von benachbarten Fischen erzeugten Wirbel nutzt, was die präzise Wahrnehmung dieser Wirbel erfordert.

Wenn das Seitenlinienorgan seine Funktion vollständig verliert, werden die Auswirkungen deutlich messbar: Der vollständige Ausfall des Seitenlinienorgans erhöht die Wahrnehmungsschwelle für Beute um das Zehn- bis Hundertfache im Vergleich zu einem Fisch mit intaktem Seitenlinienorgan und verhindert vollständig, dass der Fisch seine Schwimmbewegungen durch die Nutzung von Strömungswirbeln seiner Nachbarn koordiniert. Dies wiederum erhöht die Transportkosten des Fisches beim Schwimmen in fließendem Wasser um zwanzig bis fünfzig Prozent. Somit verliert ein System, das – wie eingangs beschrieben – kleinste Strömungsstörungen wahrnehmen kann, durch Sedimente, chemische Schadstoffe oder Antibiotika seine Funktion und damit die hydromechanische Sensibilität, die der Fisch zum Fressen, zur Orientierung in der Strömung und zum effizienten Schwimmen neben anderen Fischen benötigt.

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