Anleitung - Kantonsschule Kreuzlingen

Schwerpunktfach Bio/Che 2015/16
Kurzvorträge zu «Sinnesleistungen bei Tieren» am 17. und 24 März 2016
Jede Person bereitet folgendes vor ...
... einen Kurzvortrag von exakt 5 Minuten Dauer, in welchem die Kernpunkte der im Text erklärten
Zusammenhänge in eigenen Worten (d.h. nicht vom Original abgelesen) dargestellt werden.
Die benutzten müssen erklärt werden können.
KEINE BEGRIFFE BENUTZEN, DIE MAN SELBER NICHT KENNT!
... eine geschriebene Zusammenfassung aus maximal 200 Wörtern, die die zentralen Aussagen des
Vortrages in eigenen Worten zusammenfasst. Schreibe die Zusammenfassung in die Vorlage auf
der 3SPF-Partition der KSK-Homepage. Beachte die Format-Vorgaben. Speichere die Datei bis
spätestens Dienstag, 15.3. im Verzeichnis ReadWrite/SPF/SPF_BioChe/Vortraege_Sinne unter
folgendem Namen ab: Sinne2016_Nr_Nachname.doc (die kursiv geschriebenen Teile durch die
Vortragsnummer und den eigenen Namen ersetzen).
Name
Thema
1. Licht in verschiedenen Lebensräumen
Valentina
2. Die Entwicklung zum Linsenauge
Johanna
3. Verschiedene Methoden der Akkommodation und der Adaptation
Nicole
4. Das Auge der Vögel
Leonie
5. Sehen und Tarnung bei Tintenfischen
Leo
6. Die Augen der Tiefseefische
Lavanya
7. Die Augen von Oberflächenfischen
Carmen
8. Beispiele für spezielle Linsenaugen bei Nicht-Wirbeltieren (Invertebraten)
Niklaus
9. Das Sehen mit Facettenaugen
Moritz
10. Insekten nehmen polarisiertes Licht wahr
Jeron
11. Orientierung und Tanzsprache der Bienen
Mathias
12. Das multifunktionale Auge des Rückenschwimmers
Lea
13. Linsenaugen und das Sehen der Spinnen
14. Einfluss der Dreh- und Gleichgewichtssinne auf das Sehen
15. Echoorientierung
Darleen
16. Mechanische Wahrnehmung bei Spinnen
Evelyne
17. Das Seitenliniensystem von Fischen
Allegra
18. Die Ortung von Beute anhand von Oberflächenwellen
Manuel
19. Beispiele Kommunikation über den Boden (seismische Signale)
Anna Ruh
20. Temperaturwahrnehmung – Beispiele
21. Infrarotrezeption
Jan
22. Chemische Sinne – Allgemeines
23. Riechen bei den Insekten
Laura
24. Chemische Kommunikation der Insekten
Salomé
25. Die geruchliche Kommunikation bei Insekten
Florian
26. Elektrorezeption
Claudine
27. Kommunikation und Ortung mit elektrischen Feldern
Seite
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
2.
Die Entwicklung zum Linsenauge
Valentina Chiofalo
Anfangs bestand das Auge noch nicht aus einer Retina, sondern nur aus einem Rezeptorenraster ohne
räumliche Bildauflösung. Diese Rezeptorflächen senkten sich im Laufe der Evolution zu einer Grube
ein, verengten sich zu einer Lochkamera und verschlossen sich mit einer gallertartigen Epithelschicht
zu einem Blasenauge. In der Blase wurde schliesslich die Linse ausgebildet, was in der Evolution
einen wichtigen Fortschritt bedeutete. Denn je enger die Öffnung für eine bessere räumliche
Auflösung gemacht wird, desto lichtschwächer wird das Auge. Die aus Kristallinen bestehende Linse
aber behebt dieses Problem, indem sie eine gute räumliche Auflösung bei hoher Lichtstärke liefert.
Kugellinsen allein liefern kein scharfes Retinabild, da ihre Brennweite für den kurzen Abstand zur
Retina zu lang ist. Daher wurde die inhomogene Linse, 'Matthiesen-Linse', entwickelt, die von der
Linsenmitte zum Rand hin einen kontinuierlich absinkenden Brechungsindex aufweist. Bei
Landtieren mit Linsenaugen wird hauptsächlich die Hornhaut zur Lichtbrechung eingesetzt. Die
Linse dient hierbei in erster Linie nur zur Brennweitenanpassung. Die sphärische Aberration beim
Cornea-Linsen-System kann auf drei Wegen korrigiert werden: 1) Die Brechungsindices der
Hornhaut verlaufen inhomogen, 2) Die Hornhaut bleibt unkorrigiert und die Linse übernimmt diese
Aufgabe, 3) Eine konkave Linse auf der Retinaoberfläche vergrössert das Bild.
3.
Verschiedene Methoden der Akkommodation und der Adaption
Johanna Wappler
Akkomodationsmöglichkeiten an Weite und Ferne:
Primitive Rundmäuler sehen in Ruhe in die Nähe. Mit einem Corneamuskel schieben sie die
Hornhaut nach hinten, somit ist die Linse näher an der Retina. Selachier sehen bei Ruhe in die Ferne.
Durch Kontraktion eines Ziliarringmuskels drücken sie die Linse nach vorne. Knochenfische
fokussieren die Ferne. Durch den Musculus retractor lentis ziehen sie die Linse nach unten und zur
Retina. Da Fische meist eine Kugellinse stört die optische Achse nicht. Schildkröten sehen in die
Ferne und drücken mit einem Ziliarmuskel die Linse vor  Krümmungsradius der
Linsenvorderfläche verkleinert sich. Weidetiere wie Pferde sehen in oberhalb des Horizonts in die
Ferne, unterhalb in die Nähe (=Verlaufsbrille für Altersweitsichtigkeit).
Adaptionsmöglichkeiten an verschiedene Helligkeitsniveaus:
• Umstellen von Stäbchensehen auf Zapfensehen
•
Reversible Umstrukturierung von Synapsenverbindungen in Retina
•
Aufbau und Abbau der rhodopsinhaltigen Membranen der Rezeptoraussenglieder
•
Enzymatische und Ionale Steuerung des Membranpotential und photochemischen
Tranduktionsprozess
•
Pigmentwanderung und Retinomotorik
•
Verengung der Pupille
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
Nr. 4 Das Auge der Vögel
Nicole Bitzer
Vögel besitzen im Vergleich zu den meisten anderen Wirbeltieren die relativ grössten Augen. Ihre
Pupillen haben einen grossen Dynamikbereich, sind relativ weit und reagieren sehr schnell. Dadurch
sehen sie sehr scharf. Sie besitzen ausserdem eine höhere Photorezeptorendichte und vier bis fünf
verschiedene Farbzapfen.
Das Auge ist an die Lebensweise und Anforderungen des Vogels angepasst. Dabei sind
Tiefenschärfe, räumliche Auflösung und Sehfeld wichtige Faktoren. Letzteres umfasst bei einem
hauptsächlich am Boden lebenden Vogels fast 360°, wodurch das binokulare Sehen (mit zwei Augen
fassbarer Sehbereich) jedoch sehr eingeschränkt ist. Vögel sehen deshalb überwiegend monokular.
Sie besitzen oft zwei Foveae (Bereich des schärfsten Sehens), für das binokulare und das monokulare
Sehen. Sie können die Augen unabhängig voneinander bewegen und auf verschiedene Entfernungen
einstellen. Ihre Flimmer-Verschmelzungsfrequenz liegt über 100 Hz, sodass sie auch beim Fliegen
mit hoher Geschwindigkeit noch scharf sehen können.
Einige Wasservögel flachen ihre Hornhaut ab, um den Brechkraftunterschied des Wassers zu
kompensieren. Andere kontrahieren beim Eintauchen den Ziliarmuskel, wodurch sich die Linse
krümmt.
5. Sehen und Tarnung bei Tintenfischen
Leonie Munz
Trotz der völlig unterschiedlichen Entstehung des Wirbeltier- und des Tintenfischauges weisen diese
einige Parallelen auf, welche auf Anpassungen an ähnliche Umweltfaktoren zurückzuführen sind.
Parallelen sind: Die Fähigkeit den Augapfel in der Augenhöhle mithilfe von äusseren Muskeln zu
drehen, die Pupille mittels eines Ringmuskels schnell zusammenziehen zu können. Auch hängt ihre
Linse an einem Ziliarmuskel und kann zur Scharfeinstellung vor- und zurück geschoben werden.
Das räumliche Auflösungsvermögen des Oktopus ist 5-10 Mal schlechter als das unsrige. Er kann
Entfernungsunterschiede von 5cm in einer Distanz von 4 Metern erkennen.
Um ein scharfes Bild auf die Retina projizieren zu können, nutzt der Tintenfisch die
Linsenverschiebung. Um Dinge in der Ferne zu betrachten (Fernakkomodation) wird der
Ziliarmuskel kontrahiert und die Linse zurückgeschoben. Um in der Nähe scharf zu sehen muss die
Linse nach vorn geschoben werden. Dies wird erzielt, indem die äusseren Augenmuskeln
kontrahieren und den Augapfel abflachen, was den Augeninnendruck erhöht und somit die Linse
nach vorn schiebt.
Um sich an verschiedene Helligkeiten anzupassen wandern Pigmentgranula in den Seh- und
Stützzellen ans lichtzugewandte Ende der Zellen und schirmen diese ab (Pigmentwanderung).
Zusätzlich ziehen sich die Sehzellen in die Pigmentschicht zurück (Retinomotorik).
Wie bei uns Menschen zeigt die Pupillenweite den Erregungszustand des Tintenfischs an, z.B, wenn
wir erschreckt werden weitet sich unsere Pupille.
Oktopusse leben in 10-40 Metern Tiefe auf felsigem Untergrund, wo sie sich im Sand oder in einer
Höhle verstecken und auf vorbeischwimmende Beute warten. Um nicht aufzufallen müssen sie sich
tarnen, was mithilfe ihrer Haut geschieht. Die spezielle Haut dieser Tiere ist fähig, sich perfekt an
Helligkeit, Farbtönung und optische Struktur der Umwelt anzupassen. Unter der obersten Hautschicht
sitzen schwarze, gelbe und rotorange Farbpigmente, die verändert werden können. Tintenfische
können aber auch Muster in Wellen über ihren Körper laufen lassen, z.B zur Umwerbung.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
6. Die Augen der Tiefseefische
Leo Haas
Da der Brechungsindex der Cornea(Hornhaut) und seiner Umgebung (Wasser) fast gleich
sind, muss bei Fischen die Linse das ganze Licht brechen, weswegen diese äusserst gross
sind. In die Tiefen des Meeres gelangen fast oder gar keine Lichtstrahlen, weswegen die dort
wohnhaften Fischen zusätzlich zu Zapfen und Stäbchen noch Doppelzapfen besitzen, die ein
differenziertes Farbensehen ermöglichen. Lebewesen in der Tiefsee sind oft mit einem
Lichtorgan ausgestattet.Die Entfernungseinschätzung ist schwierig in der Tiefsee. Darum
brauchen die Fische lichtstarke, räumlich gut auflösende Augen mit einem binokularen
Sehfeld, um aus der Augapfelkonverenz die Entfernung eines Objekts zu bestimmen.Doch
diese Augen wären zu gross. Die entwickelten Tubulusaugen sehen in einem schmalen
Voraussektor äusserst scharf, da dieses Bild auf der kleinen Hauptretina abgebildet wird.
Lichtreize im restlichen Sehfeld kommen auf einer linsennahen Nebenretina zustande und
sind nur unscharf, da sie zur Überwachung der Umgebung dienen. Einige Fische haben
zusätzlich zur Überwachung des äusseren Gesichtsfeldes auch noch Divertikelretinae oder
gar Divertikelaugen entwickelt. Tiefseefische sehen sicher Farben, z.B die eines Krebses,
den sie mit ihren Scheinwerfern am Boden anleuchten, jedoch ist das Farbsehen der
Tiefseefische noch nicht gänzlich erforscht.
Die Augen von Oberflächenfischen
Lavanya Yogeswaran
Fischarten, die zeitweise über dem Wasser leben, haben sich verschieden an das Sehen unter und über
Wasser angepasst. Das Problem eines Fischauges ist, dass es an der Luft durch die zusätzliche
Brechkraft der Cornea extrem kurzsichtig wird.
Anableps, das Vierauge
Das Vierauge, Anbleps anableps, ernährt sich vorwiegend von Insekten der Wasseroberfläche.
Deshalb muss es über und unter Wasser scharf sehen können. Durch eine querliegende Scheidewand
wird die Pupille in zweigeteilt.
Die Linse kehrt der Wasseroberfläche ihre flache, dem Wasser ihre stark gekrümmte Seite zu, um das
Licht optimal zu brechen. So ist auch die Corneahälfte, welche der Luft ausgesetzt ist, nur flach
gekrümmt und erzeugt wenig Brechkraft.
Limnichthytes fasciatus, der Sandfisch
Der Sandfisch gräbt sich in den Sand ein und lauert mit herausstehenden Stielaugen auf geeignete
Beute. Wie ein Chamäleon kann dieser Fisch die Augen unabhängig voneinander in jede beliebige
Richtung drehen. Wenn eine Beute vorbeischwimmt, reisst er sein grosses Maul auf und zieht mit
dem Wassersog die Beute herein. Der dioptrische Apparat ist zweilinsig mit einer ovalen Linse und
einer Cornealinse. Es entsteht somit ein vergrössertes Bild auf der Fovea (Teleskopeffekt), während
das Auge für die übrigen Sehbereiche als Weitwinkeloptik funktioniert.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
Nr.8 Beispiele für spezielle Linsenaugenbei Nicht-Wirbeltieren (Invertebrata)
(bold11 pt)
Carmen Niggli
Die Pilgermuschel ist ein sehr lichtempfindliches Tier. Wenn z.B ein Schatten, durch einen Seestern,
auf sie geworfen wird, flüchtet sie sofort in dem sie sich im Sand eingräbt oder sich mit einem
Rückstoss aus der Gefahrenzone herausbewegt. Die Pilgermuschel besitzt 60 Linsenaugen, welche
sich zwischen den Tentakeln befinden. Ihre Augen besitzen eine Cornea, Pupille, eine Linse und eine
doppelte Retina (distale-und proximale Retina), welche aus rhabdomerischen Photorezeptoren
bestehen. Da die Brennweite der Linse grösser als die Grösse des Auges ist, kann kein scharfes Bild
entstehen. Durch die Speigeloptik von dunkel hinterlegten Guaninplättchen, welche sich hinter der
doppelten Retina befindet. Durch ihre 60 Linsenaugen besitzt die Muschel ein Sichtfeld von 100
Grad. Eine Art der Schlangensterne besitzt auf den Armschilden, eierschachtelförmige
Einbuchtungen, welche als Augen dienen. Die Halbkugel wirkt wie eine Linse, die das auftreffende
Licht auf den Nervenfasern konzentriert. Jede Linse schaut in eine andere Richtung. Der
Öffnungswinkel liegt bei 10 Grad. Somit verhält sich das Armschild wie ein flachgewölbtes
Facettenauge Die Nervenfasern sind Lichtempfindlich.
9.
Das Sehen
mit Facettenaugen
Speichere
die Zusammenfassung
auf dem KSK Server im Ordner
Readwrite/SPF/SPF
Biologie Chemie/Vortraege_Sinne
Niklaus
Güntzel
Titel
der Datei:
Sinne2016_Nr_Nachname.doc
Facettenoder Komplexaugen
bestehen aus ganz vielen kleinen Einzelaugen, die Ommatidien
Spätesterwerden.
Termin:Durch
Montag,
14.Augen
März können
2016 kleinere Tiere ihr ganzes Sehfeld scharf sehen. Denn das
genannt
diese
Problem bei Linsenaugen ist, dass je kleiner die Linse wird, desto weniger scharf werden die
Aussenränder, auf Grund von unumgänglichen Abbildungsfehlern. Linsenaugen sind wegen ihrer
Grösse viel leistungsfähiger, zum Beispiel im Bezug auf die räumliche Auflösung. Diese schlechtere
Sehschärfe spielt jedoch bei kleinen Tieren nicht so eine grosse Rolle, da sie einen viel engeren
Aktionsraum abbilden müssen und daher kleine Objekte in relativer Nähe genauso scharf sehen, wie
grössere Tiere mit ihrem viel grösseren Aktionsradius entferntere, grössere Objekte. Jedes
Ommatidium besitzt einen eigenen dioptrischen Apparat. Er besteht aus einer Cornealinse mit einem
Brechungsindex von ungefähr 1,5 und aus einem Kristallkegel.
Die Anzahl der Ommatidien hängt von der Grösse und von den Anforderungen an das Sehen ab. Sie
kann von 30 000 (Libellen) bis 1200 Ommatidien (Ameisen) variieren. Wie beim Linsenauge muss
auch beim Facettenauge Sehschärfe und Empfindlichkeit gegeneinander abgewogen werden. Für
möglichst grosse Sehschärfe muss das Ommatidium möglichst lang und schmal sein, was die
Lichtempfindlichkeit verschlechtert. Eine gute Lichtausbeute verlangt einen breiten Öffnungswinkel,
der einen grösseren Lichteinfall ermöglicht, aber auf Kosten der räumlichen Auflösung.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
Nr. 10 Insekten nehmen polarisiertes Licht war
Moritz Stöckel
Natürliches Licht besteht aus Wellen. Diese Wellen schwingen in allen möglichen Richtungen und
Winkeln. Wenn man nun diesem Licht einen Filter vorschiebt, der z.B. nur senkrecht verlaufende
Wellen hindurchlässt, wird das Licht polarisiert. Nun sind die Schwingungsrichtungen aller Photonen
gleich. Ähnliches passiert, wenn Licht auf Wasser oder auf Luftmoleküle trifft. Wenn Licht in der
Atmosphäre auf Moleküle stösst, wird es durch unterschiedliche Einfallswinkel unterschiedlich
gestreut und es entsteht ein Polarisationsmuster am Himmel. Dieses Muster können Bienen erkennen
und ergänzen es mit ihrem Sonnenkompass zur Orientierung. Wie sie das Muster erkennen, geht
folgendermassen: Eine Biene besitzt insgesamt 12000 Augen (Ommatidien), auf jeder Seite des
Kopfes 5600. Diese Ommatidien sind am oberen Ende des Auges spezialisiert. Sie besitzen
Rhabdomere, welche in diesem Fall unverdrehte Mikrovilli besitzen, die nur bestimmt polarisiertes
Licht absorbieren. Unter diesen Mikrovilli gibt es zwei Orientierungen, beide stehen senkrecht
zueinander und wenn eine Richtung Licht maximal absorbiert, dann absorbiert die andere Richtung
minimal. Somit kann die Biene je nach Absorption ihr empfangenes Muster mit dem des Himmels
vergleichen und weiss, in welche Richtung sie fliegt.
11. Sinnesleistung bei Tieren - Augen
Jeron David Antony
Damit sich Bienen orientieren können, halten sie bei ihren Flügen einen bestimmten Winkel
zur Sonne ein, welcher als Sonnenkompass bezeichnet wird. Allgemein auch bekannt als
Menotaxis. Ganz wichtig hierbei ist der Winkel auf dem Horizontkreis zwischen Sonne und
dem Anflugsziel (Azimut). Die Bienen sind auch in der Lage, die Sonnenlaufbahn mit in ihre
Bewegung mit einzuberechnen, damit sie, falls die Biene eine Tracht(Nahrungsquelle)
gefunden hat und nachher zum Bienenstock zurückkehrt, dennoch in der Lage ist, diese
wiederzufinden. Damit dies so exakt geschieht, besitzt sie des Weiteren eine präzise innere
Uhr. Ist die Biene nun erfolgreich und findet eine brauchbare Nahrungsquelle, wird diese
Information den anderen Bienen mit Hilfe einer Symbolsprache mitgeteilt. Die
Symbolsprache erfolgt einem bestimmten Ablauf, welcher durch Bewegung des Abdomen
ausgeführt wird. Dieser sogenannte Tanz wird in zwei verschiedenen Formen ausgeführt.
Bei nahen Zielen genügen der werbende Rundtanz, Duftproben und Duftmarken. Die zweite
Art ist der Schwänzeltanz, welcher Angaben zur Entfernung der angepriesen Futterquelle
und dessen Treibstoffverbrauch macht. Die Biene macht hier etwas Unglaubliches: Da es im
Stock dunkel ist, transponiert die Biene den Winkel zur Sonne in einem Winkel zur
Schwerkraft. Die Biene benutzt dafür auch eine akustische Sprache wie Mensch und
Delphin.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
12. Das multifunktionale Auge des Rückenschwimmers
Matthias Eggimann, 3Mb
M
Der Rückenschwimmer (Notonca glauca) fliegt in der Luft und jagt im Wasser. Deswegen müssen
seine Ommatidien für beide Medien entwickelt sein. Das Auge des Rückenschwimmers ist daher in
drei Regionen aufgeteilt.
Jagd an der Wasseroberfläche: Der Rückenschwimmer weißt eine spezielle Jagdtechnik auf. Mit
den Beinen und dem luftatmenden Hinterleib hängt er schräg unter der Wasseroberfläche und wartet
auf Insekten, kleine Fische und Kaulquappen. Die Augen streifen über die Wasseroberfläche, welche
reflektiert wird. Der Interommatidienwinkel (Winkel zwischen den einzelnen Facettenaugen) bewirkt,
dass Objekte, die weiter entfernt liegen, genauso abgebildet werden können wie näherliegende.
Beutefang im Wasser: Sechs periphere Retinualzellen (Lichtsinneszellen in den Ommatidien)
enthalten Rhodopsin (Sehpigment in der Netzhaut) mit λmax 560mn, dies eignet sich ideal für
pflanzenbewachsene Gewässer. Farben sehen kann er mit den Ommatidien im dorsalen Bereich.
Biotopsuche: Rückenschwimmer haben auch die Möglichkeit ihr Biotop zu wechseln. Dabei müssen
sie sich ganz auf ihre ventralen Augen verlassen, da nur diese polarisiertes Licht wahrnehmen. Wenn
der Wasserläufer über einen See mit glatter Wasseroberfläche fliegt, nimmt er das polare UV-Licht,
welches von der Wasseroberfläche reflektiert wird, wahr.
Nr.13 Linsenaugen und das Sehen der Spinnen
Lea Kolb, 3Mb
Rezente (heute noch vorkommende) Spinnen besitzen nur noch Linsenaugen. Davon jedoch 3-4 Paar.
Vorne am Kopf befindet sich ein Paar Hauptaugen, die zuständig sind für Lokalisierung, Fixierung
und die die Zupackmanöver steuern. Sie sind jedoch sehr klein und weisen daher nur einen Winkel
von etwa 4-5° auf. Auch vorne am Kopf, jedoch eher seitlich, liegen die antero-lateralen Augen, das
erste Nebenpaar. Sie haben schon einen Blickwinkel von ca. 25° und kontrollieren das Jagdverhalten.
Seitlich am Kopf liegt das post-mediane und das post-laterale Augenpaar. Zusammen haben sie einen
Blickwinkel von 130°.
Als erstes nimmt das Nebenauge eine Bewegung wahr. Die Spinne dreht sich, bis das Hauptauge das
Objekt fixiert hat. Im binokularen Sehfeld, das im vorderen Nebenauge liegt, wird die Entfernung des
Objektes bestimmt. Trotz der kleinen Augen bringen sie eine perfekte räumliche Auflösung zustande.
Dafür verantwortlich sind sicher auch die schmalen Sehzellen mit einem Durchmesser von 1.4
Mikrometer.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
16. Sinnesleistungen bei Tieren Titel - mechanisch
Darleen Dietler / 3Mb
Arthropoden besitzen in der Culticula Fadensensillen die hochempfindlich auf Störungen des
Mediums, meist Luftbewegungen, reagieren.
Arachniden (Spinnentiere) tragen Trichobothrien auf den Beinen und Pedipalen (siehe Bild) und
können damit Erregunsschwellen der Luftgeschwindigkeit von kleiner als 1 mm/ s oder 6cm /min
wahrnehmen und Luftvibrationen bis ca. 600Hz registrieren. Niedrige Frequenzen werden umso
besser übertragen, je länger die Fadenhaare sind. Die Haarauslenkung korreliert mit der
Luftgeschwindigkeit (Schallschwelle) und mit der Schallbeschleunigung. Die Schallschwelle nimmt
mit Entfernung rasch ab und ist daher nur im Nahfeld detektierbar, also in einem Umkreis von ca.
30cm. Bezogen auf die Körpergröße entspricht das in menschlichen Verhältnissen einem Radius von
60m.
Laufende Beute wird jedoch von Spinnen meistens durch Substratvibration entdeckt, mit Hilfe der
Spaltsinnesorganen. Die Spaltsinnesorgane reagieren schon auf Schwingungsamplituden der Tarsen
von 1 bis 10nm. Mit den acht Beinen ist es ihnen möglich, das Umfeld von 360 Grad abzutasten.
Das erste vibrierende Bein zeigt die Richtung der Reizquelle an, falls sich beispielsweise ein Insekt
in der Nähe befindet. Von Winderzeugten Blattvibrationen werden jedoch nicht wahrgenommen. Die
Substratvibration wird auch zur Werbekommunikation zwischen Männchen und Weibchen genutzt.
Das Männchen ruft mit Klopfsignalen, sobald es auf eine Pheromonspur (Duftspur für Innerartliche
Kommunikation) eines Weibchens trifft.
17. Das Seitenliniensystem von Fischen
Evelyne Ernst
Das Seitenliniensystem bei Fischen und im Wasser lebenden Amphibien nimmt die
Wasserbewegungen relativ zum Körper wahr. Es besteht aus Kanälen und Neuromasten, deren Anteil
von der Lebensweise abhängig ist. Fische, die vor allem in stehenden Gewässern leben und meistens
an Ort bleiben haben mehrheitlich Neuromasten, während Fische in fliessenden Gewässern Kanäle
besitzen. Die Kanäle verzweigen sich vom Kopf her zu langen Seitenlinien am Rumpf entlang. Die
Sinneszellen der Seitenlinien, die Haarzellen, bilden mit Stützzellen ein längliches Polster aus dem
die 0,5-5µm langen Stereozilien und das bis zu 40 µm lange Kinozilium herausragen. Alle Zilien sind
in einer Gallertfahne, der Cupula, zu einem Neuromasten zusammengefasst. Die Haarzellen reagieren
nur auf Bewegungen in Längsrichtung der Cupula. Die Differenz zwischen Körper-und
Wasserbewegung lenkt die Cupula aus. Schone eine relative Wasserbewegung um 0,1 µm führt zu
einer Erregung. Die Kanalorgane werden nur gereizt wenn sich das Wasser relativ zur Kanalwand
bewegt. Durch die Anordnung der Neuromasten und Kanäle bildet das Seitenliniensystem die
Verteilung der Druckgradienten über den ganzen Körper ab. Die Haut wirkt als omnidirektionaler
Wasserbewegungs-Sensor. So können kleinste Bewegungen von Nachbarfischen oder Beute
registriert werden. Wasser wirkt als Tiefpassfilter. Während niedere Frequenzen ferne Reizquellen
sind, die die Kanäle wegfiltern, können die Neuromasten diese erkennen.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
18. Die Ortung von Beute anhand von Oberflächenwellen
Allegra Preisig
Es gibt Fische, die ihr Seitenliniensystem auf die Ortung von Oberflächenwellen spezialisiert haben.
Sie stehen so an der Wasseroberfläche, dass der abgeflachte Kopf, auf dem die Seitenlinien sind, mit
dem Wasserspiegel abschliesst. Diese Kopfseitenlinien reagieren auf hohe Frequenzen besonders gut.
Die Fische entnehmen aus dem Frequenzgehalt der Wellen genaue Informationen über die Richtung
und Entfernung des Wellenmittelpunktes.
Die vom Wind erzeugten Wellenfronten haben eine Frequenz von 1.4- 10Hz.Insekte, die auf das
Wasser fallen, erzeugen eine Frequenz von 5- 100Hz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a) Ausbreitungsgeschwindigkeit: Die Oberflächenwellen breiten sich mit frequenzabhängiger
Geschwindigkeit aus, wobei die Geschwindigkeit bis zu der Frequenz 13Hz abnimmt und dann aber
für höhere Frequenzen wieder steigt.
b) Abschwächung der Amplitude: Die Amplitude von höheren Frequenzen nimmt schneller ab und
reicht deshalb nicht so weit, wie bei niedrigen Frequenzen. Hohe Frequenzanteile weisen also auf
eine kurze Entfernung zum Wellenursprung hin, niedere auf eine weite Entfernung.
Nr.19 Beispiele Kommunikation über den Boden (seismische Signale)
Manuel Schmid, 3Mc
Eine Art von Kommunikation der Amphibien über den Boden ist Vibration. Durch niederfrequenten
Bodenschall (Spitzenfrequenz ca. 50Hz) kommunizieren beispielsweise mittelamerikanische
Weisslippenfrösche miteinander. Die Vibration erzeugen sie durch einen explosionsartigen Schlag
auf den Boden mit ihren Schallblasen. Diese Art von Reiz nennt man seismischer Reiz oder auch
Substratschall, was eigentlich nur Weiterleitung von Schallwellen in fester Materie bedeutet. Solche
Schallwellen breiten sich mit etwa 100 m/s aus. Hauptsächlich Sacculus-Nervenfasern antworten
besonders empfindlich auf Bodenschall, aber auch niederfrequent abgestimmte Hörnervenfasern
können ab 500Hz auf solche Reize reagieren.
Bei Säugetieren gibt es eine ähnliche Art von Kommunikation. Vor allem Tiere, welche in
unterirdischen Gängen oder auf Sanddünen leben, trommeln mit den Hinterbeinen auf den Boden, um
zu kommunizieren. Der Kap-Blessmull beispielsweise lebt einzeln in einem bis zu 130 m langen
Gangsystem und kommuniziert seinem Nachbar ab und zu ein Trommeln, damit beide einen Abstand
von ca. 1 m halten können. Auch auf der Suche nach einem Weibchen sind die Fusstrommeln ein
wichtiges Element. Jedes Geschlecht hat dabei eine unterschiedliche Sequenz des Trommelns und
auch jedes Individuum. Somit wissen die Tiere sogar mit welchem Mull sie gerade kommunizieren.
Diese Reize werden bei den Mullen mittels ihrer auf die niederfrequenten Bereiche angepassten
Ohren wahrgenommen.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
20. Temperaturwahrnehmung - Beispiele
Anna Ruh
Temperatur ist ein wichtiger Aspekt des Lebens. Wirbeltiere besitzen Wärme- und Kälterezeptoren
auf der Haut, wie auch im Körperinnern. Die Rezeptoren, freie Nervenendigungen unter oder in der
Epidermis, nehmen positive und negative Abweichungen von der Indifferenztemperatur wahr. Bei der
Indifferenztemperatur handelt es sich um die Aussentemperatur, bei welcher die Innentemperatur mit
minimaler Regulierung durch den Körper stabil bleibt. Thermorezeption verläuft langsam, da Wärme
im Cytoplasma langsam diffundiert und die Rezeptoren einige 100µm unter der Oberfläche liegen.
Die Thermorezeptoren des Menschen sind sehr empfindlich und können Temperaturunterschiede von
0.1°C perzipieren.
Die Engerlinge der zu den Prachtkäfern gehörende Käfergattung Melanophila brauchen frisch
angebranntes Holz, um sich entwickeln zu können. Die Käfer können einen Waldbrand im Umkreis
von 50 km lokalisieren. Sie sind fähig, Infrarotwellen im
Bereich von 2500-4000nm wahrzunehmen. Die Wellen werden von den Endocuticulakugeln der
Sensillien (haarähnliches Sinnesorgan) absorbiert, welche sich in den Gruben des mittleren Coxarings
(Bein
des
Insekts)
befinden.
Der eigentliche adäquate Reiz ist jedoch mechanisch. Die Endocuticulakugel dehnt sich bei
Erwärmung aus und wölbt die ganze Cuticulaschale aus. Diese drückt auf den Dendriten, der bis zur
Kugel hin in das Sensillum reicht. Daraus resultiert eine Transduktion.
Nr. 22
Jan Gsell
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
Nr. 24 Chemische Kommunikation der Insekten
Laura Niggli
Insekten besitzen ein spezifisches Pheromon-Riechsystem. Pheromone sind Duftstoffe, welche zur
innerartlichen Kommunikation ausgeströmt werden. Der Begriff Pheromon wurde von Karlsson
geprägt, als er 1959 den Lockstoff von Seidenspinnerweibchen identifizieren konnte. Die Sender sind
die Weibchen und die Empfänger sind die Männchen. Die Weibchen vieler Nachtaktiver
Schmetterlinge erzeugen in Drüsen unter der Oberhaut die Lock-Pheromone. Die sogenannten
Sacculi sitzen am Abdomen der Weibchen. Die Kommunikationsstoffe sind unverzweigte Alkohole,
Aldehyde und Säuren mit einer Länge von bis zu 20 C-Atomen. Für die Chemotaxis des Männchens,
sind folgende Faktoren nötig:
Reizimpulse in einem Zeitabstand von 0,6s sind am effektivsten. Die Molekülpakete werden
windabwärts getragen. Oft ist eine tiefere Pheromonkonzentration wirksamer als eine Hohe. Die
Qualität des Lockstoffes hängt von der Art der Falter ab. Die Weibchen senden ein Gemisch von 2-7
Pheromenen Beim Seidenspinner sind es Bombykol und Bombykal. Die unterschiedliche Händigkeit
der Aminosäuren und das unterschiedliche Mischverhältnis sorgen dafür, dass nur das arteigeine
Männchen angezogen wird.
Die Männchen der Falter sind mit Pheromonrezeptoren im Sensillum trichodeum ausgestattet. In
einem Fadenhaar hat es 2 Riechneuronen. Eines reagiert nur auf Bombykol (A-Zelle) und eine nur
auf Bombykal (B-Zelle). Die Rezeptoren binden 4 mögliche Isomere des Hexadecadiens, welche vom
Weibchen in die tracis-Form transformiert wird. Die Menge des Pheromon-Gemischs beträgt 0.11µg. Für ein Männchen reicht ein Bombykal-Molekül aus um ein Aktionspotenzial in der A-Zelle
auszulösen.
25. Die geruchliche Kommunikation bei Insekten
Salomé Egloff
Bei sozialen Insekten ist die Cuticula ein Kommunikationsorgan, das chemische Botschaften senden
und aufnehmen kann. Ameisen tauschen Informationen über Duftstoffe, sogenannte Pheromone aus.
Die Pheromon-Rezeptoren sind hochspezifisch. Ameisen haben über zehn verschiedene Drüsen, die
solche chemischen Signalstoffe produzieren. Meistens wird nicht nur ein Duftstoff produziert,
sondern eine Mischung.
Einer der wichtigsten Stoffe ist die Spursubstanz, auf welche am empfindlichsten reagiert wird. 1µg
davon reicht, um eine Blattschneiderameisenkolonne drei Mal um die Welt zu führen.
Wie eine Ameise auf einen Duftstoff reagiert, hängt von der Konzentration ab. In geringer
Konzentration zum Beispiel löst das Alarmpheromon eine Attraktion (Anziehung), in hoher aber
Panik aus.
Ähnliche Ameisenarten, die morphologisch kaum zu unterscheiden sind, können anhand von
Pheromonmischungen auseinandergehalten werden.
Viele Pheromongemische werden von verschiedenen Arten verstanden, weshalb eine Substanz
ergänzt und die Botschaft artspezifisch wird. So entstehen auch die verschiedenen Koloniendüfte,
woran Ameisen erkennen, wer in die gleiche und wer in eine andere Kolonie gehört.
Ein Beispiel für die Vielschichtigkeit dieser Kommunikationsart gibt eine afrikanische Ameisenart.
Ein Tropfen aus der Giftdrüse beinhaltet verschiedene Pheromone und Auswirkungen:
1)Anlockung von Artgenossen
2)Kreisendes Verhaltendie Arbeiter verteilen sich um die Beute
3)Angriff auf die Beute
An vielen weiteren offenen Fragen zu dieser Kommunikationsart wird momentan intensiv geforscht.
Sinnesleistungen bei Tieren – SPF Bio/Che, Kantonsschule Kreuzlingen, HS 2015/16
Nr.26 Elektrorezeption
Florian Furger
Verschiedene Fischarten besitzen elektrische Organe, welche aus Muskeln oder Nerven entstanden
sind. Elektrische Fische können Spannungsimpulse von bis zu 350 Volt erzeugen. Diese dienen als
Abwehrwaffe sowie auch um Beutefische zu betäuben.
Bei manchen Fischen sitzen Sinnesorgane in der Haut, mit denen sie elektrische Felder erkennen
können. Haie zum Beispiel können Schollen im Sand anhand ihrer elektrischen Felder erkennen und
orten.
Diese Organe werden zur Detektion und Lokalisierung von lebenden Organismen sowie zur
Elektroortung und sogar zur Kommunikation unter den Tieren eingesetzt.
Es gibt zwei unterschiedliche Organe zur Elektrorezeption. Zum einen das Ampullenorgan welches
auf niederfrequente Spannungsfelder (unter ca. 50Hz) reagiert. Das Tubulusorgan dagegen reagiert
auf hochfrequente Spannungsfelder. Dieses Organ besitzen nur schwach elektrische Fische zusätzlich
zum Ampullenorgan, welche damit ihre eigenen elektrischen Ladungen wahrnehmen können.
Alle lebenden Organismen erzeugen schwache, niederfrequente elektrische Felder mit ihrer
Zellaktivität, nicht durch ihre Bewegung. Dies wird von einigen Lebewesen ausgenutzt, welche
dadurch sehr einfach andere Arten und verstecke Lebewesen aufspüren können
27. Kommunikation und Ortung bei schwach elektrischen Fischen
Claudine Bachmann, 3Ma
Kommunikation bei schwach elektrischen Fischen
Fische wie die Gymnotiden können die Form von elektrischen Wechselfeldern mithilfe von
neuronaler Verstärkung und deren Kombination in höheren Hirnzentren genau differenzieren.
Anhand der Entladungsformen und Wiederholarten werden Artgenossen, Artfremde und innerhalb
der Art Individuen unterschieden. Die elektrischen Signale dienen auch der sozialen Interaktion. Die
Männchen zerhacken bei der Balz ihre kontinuierlichen Ladungen zu kurzen Salven. Sind die
Weibchen den Salven für längere Zeit ausgesetzt, laichen sie. Aggressionsbereitschaft wird durch
Erhöhung der Sendefrequenz signalisiert.
Elektroortung bei schwach elektrischen Fischen
Wenn z.B. eine Gymnotide nahe an Gegenständen vorbeischwimmt, erzeugen deren elektrische
Eigenschaften lokale Amplituden- und Phasenmodulationen des vom Fisch erzeugten Wechselfelds.
Das elektrische Feld nimmt mit der Entfernung des Fisches rasch ab und eignet sich deshalb nur etwa
für die Reichweite einer halben Fischlänge. Elektrolokation wird bei der Nahrungssuche in
Dunkelheit eingesetzt.
Elektroortung bei Säugetieren
Ein Beispiel für Elektroortung bei Säugetieren ist das australische Schnabeltier, das auf den Rändern
des Hornschnabels Elektrorezeptoren aufweist, mit denen es Gleich- und Wechselstromquellen orten
kann. Sie bestehen aus Schleimdrüsen aus denen jede im Schnitt 16 freie Nervenendigungen besitzt,
die ringförmig miteinander verbunden sind und vermutlich das Signal-/Rauschverhältnis verbessern.
Elektrorezeptoren liefern im Nahbereich wahrscheinlich die wichtigsten Informationen, um Beute
erfolgreich zu fangen.