E7 Physische Wahrnehmung und Navigation

Thema

Die physikalische Wahrnehmung bei Säugetieren umfasst die sensorischen Mechanismen, die physikalische Größen der Umwelt – Position, Kraft, Druck, Magnetfeld, Schall – in neuronale Signale umwandeln. Diese ermöglichen es dem Tier, eine räumliche Repräsentation der Welt zu erstellen und seine Bewegungen zu koordinieren.

Propriozeption und Kinästhesie gehören zu diesen sensorischen Mechanismen und liefern Informationen über den mechanischen Zustand des Körpers: Muskelspindeln messen die Muskellänge und deren Änderungsrate; Golgi-Sehnenorgane messen die Kraft, der die Sehne standhält; und Gelenkrezeptoren messen Gelenkwinkel und Winkelbeschleunigung. In allen drei Fällen ist die Frequenz, mit der diese Rezeptoren Aktionspotenziale generieren, direkt proportional zur Stärke des gemessenen mechanischen Reizes.

Schall, einer der eingangs erwähnten physikalischen Reize, erreicht in der Echoortung von Fledermäusen und Walen eines der komplexesten physikalischen Wahrnehmungssysteme im Tierreich: Das Tier sendet einen Ultraschallimpuls aus, der weit über dem für das menschliche Ohr hörbaren Bereich liegt – bei Fledermäusen zwischen zehntausend und etwas über hunderttausend Schwingungen pro Sekunde und bei Delfinen zwischen zwanzigtausend und hundertfünfzigtausend Schwingungen pro Sekunde – und analysiert dann das Echo, das dieser Impuls erzeugt, wenn er von Objekten in der Umgebung reflektiert wird. Die Entfernung zum Ziel wird bestimmt durch die Laufzeit des Echos, die relative Geschwindigkeit des Ziels durch die Frequenzverschiebung des Echos relativ zur ausgesendeten Frequenz und die Form des Ziels durch die Intensitätsverteilung der verschiedenen Frequenzen des Echos. Mit diesem System erreichen manche Tiere Entfernungsauflösungen im Zentimeterbereich und können Ziele von nur Millimetergröße unterscheiden.

Das Magnetfeld, ein weiterer der eingangs erwähnten physikalischen Reize, wird von verschiedenen Säugetiergruppen – darunter Wale, Fledermäuse und möglicherweise auch Menschen – zur Orientierung bei Langstreckenwanderungen wahrgenommen. Zwei Mechanismen wurden vorgeschlagen, um diese Magnetorezeption zu erklären: Der eine beruht auf Magnetitkristallen, einem natürlich vorkommenden magnetischen Mineral in bestimmten Geweben, die beim Ausrichten der Zellen entlang des Magnetfelds mechanische Kräfte auf die Zellmembranen ausüben; der andere auf freien Radikalen, deren Chemie durch Quantenmechanismen, welche die Wahrscheinlichkeit bestimmter chemischer Reaktionen verändern, vom Magnetfeld beeinflusst wird.

Alle Informationen dieser Sinnesorgane – Propriozeption und Kinästhesie des eigenen Körpers, durch Echoortung analysierte Schallquellen, das durch Magnetorezeption wahrgenommene Magnetfeld sowie Sehen und Riechen – werden schließlich im Nervensystem integriert, um eine einheitliche Schätzung von Position, Geschwindigkeit und Orientierung zu erzeugen. Diese multimodale sensorische Integration ermöglicht eine präzise Navigation und vervollständigt praktisch die räumliche Repräsentation der Welt, mit der diese Beschreibung der physikalischen Wahrnehmung bei Säugetieren begann.

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