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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
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Enzymatische und Ionale Steuerung des Membranpotential und photochemischen Tranduktionsprozess
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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 Verhaltendie 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.
