Die zentralnervöse Verrechnung optischer Afferenzen bei der Gleichgewichtshaltung von Fischen

The central nervous processing of the optic afferents in the maintenance of equilibrium in fish

Summary

The dorsal light behaviour of the Guppy (Lebistes reticulatus) was investigated under conditions of single and double illumination.

  1. 1.

    When two lights are presented to a Guppy simultaneously, their effects are additive; however, the observed reaction is not equal to the sum of the reactions produced by single stimuli, but is reduced by a definite factor.

  2. 2.

    When both lights illuminate the same eye, this factor is constant (0.72) and not related to the angular distance of the light sources.

  3. 3.

    When each light illuminates a separate eye, the response is different from that which results from both lights stimulating a single eye; one of the lights produces a stronger reaction.

  4. 4.

    When a light is moved off the vertical by an angle of 130 ° to 160 °, the tilt of the fish is suddenly reduced. Therefore, at this point, the statocyst input for the maintenance of equilibrium must become more dominant than before. In addition at this angle the whole behaviour of the fish is changed.

  5. 5.

    A hypothetical functional model is given which fits with the results of the investigations using two lights.

  6. 6.

    The findings on intensity dependence of dorsal light behaviour in fish are compared with the results and conceptual models of the intensity dependence of some phototactic reactions in insects.

  7. 7.

    The existing concepts concerning a sinusoidal relationship between response level to light and angular direction of light are discussed; a relationship, more general and more suitable to the experimental results, is formulated.

Zusammenfassung

Es wurde das Lichtrückenverhalten des Guppys (Lebistes reticulatus) unter Einlicht- und Zweilichterbedingungen untersucht.

  1. 1.

    Werden einem Guppy zwei Lichter gleichzeitig geboten, so addieren sich ihre Einflüsse; dabei ist jedoch die beobachtete Reaktion nicht gleich der Summe der Reaktionen auf einzelne Reize, sondern um einen bestimmten Faktor geringer.

  2. 2.

    Fallen die beiden Lichter in das gleiche Auge, so ist dieser Faktor konstant (0,72) und vom Winkelabstand der Lichtquellen unabhängig.

  3. 3.

    Fallen die beiden Lichter in verschiedene Augen, so erfolgt die Verrechnung anders als bei Lichteinfall in ein Auge; eines der beiden Lichter wird dann stärker bewertet.

  4. 4.

    Wird der Lichteinfallswinkel, von der Vertikalen ausgehend, auf 130–160 ° erhöht, so verringert sich die Schräglage des Fisches plötzlich; somit muß dann der Einfluß der statischen Organe auf die Gleichgewichtshaltung größer werden als vorher. Weiterhin ändert sich bei diesem Winkel das gesamte Verhalten des Versuchstieres.

  5. 5.

    Ein hypothetisches Funktionsmodell wird formuliert, das die Ergebnisse der Zweilichterversuche beschreibt.

  6. 6.

    Die Befunde über die Intensitätsabhängigkeit des Lichtrückenverhaltens von Fischen werden mit Ergebnissen und Modellvorstellungen über die Intensitätsabhängigkeit phototaktischer Reaktionen von Insekten verglichen.

  7. 7.

    Die bestehenden Vorstellungen über eine sinusförmige Abhängigkeit der Lichtbewertung vom Lichteinfallswinkel beim Lichtrückenverhalten von Fischen werden diskutiert; eine allgemeinere und besser mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmende Beschreibung wird formuliert.

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Literatur

  1. Birukow, G.: Studien über statisch-optisch ausgelöste Kompensationsbewegungen und Körperhaltung bei Amphibien. Z. vergl. Physiol.34, 448–472 (1952).

    Google Scholar 

  2. Bogenschütz, H.: Vergleichende Untersuchungen über die optische Komponente der Gleichgewichtshaltung bei Fischen. Z. vergl. Physiol.44, 626–655 (1961).

    Google Scholar 

  3. Braemer, W.: Verhaltensphysiologische Untersuchungen am optischen Apparat bei Fischen. Z. vergl. Physiol.39, 374–398 (1957).

    Google Scholar 

  4. Buddenbrook, W. v.: Vergleichende Physiologie, Bd. 1: Sinnesphysiologie, S. 56–71. Birkhäuser: Basel 1952.

    Google Scholar 

  5. Butz-Kuenzer, E.: Optische und labyrinthäre Auslösung der Lagereaktionen bei Amphibien. Z. Tierpsychol.14, 429–447 (1957).

    Google Scholar 

  6. Foot, N. Ch.: The Masson trichromate staining methods in routine laboratory use. Stain Technol.3, 101–110 (1933).

    Google Scholar 

  7. Fraenkel, G.: Phototropotaxis bei Meerestieren. Naturwissenschaften15, 117–122 (1927).

    Google Scholar 

  8. Hassenstein, B.: Biologische Kybernetik, S. 105–113. Heidelberg: Quelle und Meyer 1965.

    Google Scholar 

  9. Hayashi, I.: Studies on the photic orientation of some Lepidopterous larvae. J. Coll. Agric. Tokyo13, 109–225 (1935).

    Google Scholar 

  10. Herter, K.: Versuche über die Phototaxis vonNereis diversicolor. Z. vergl. Physiol.4, 103–141 (1926).

    Google Scholar 

  11. Holst, E. v.: Über den Lichtrückenreflex bei Fischen. Pubbl. Staz. zool. Napoli15, 143–158 (1935).

    Google Scholar 

  12. Holst, E. v.: Quantitative Untersuchungen über Umstimmungsvorgänge im Zentralnervensystem. I.: Der Einfluß des „Appetits” auf das Gleichgewichtsverhalten beiPterophyllum. Z. vergl. Physiol.31, 134–148 (1949).

    Google Scholar 

  13. Holst, E. v.: Die Arbeitsweise des Statolithenapparates bei Fischen. Z. vergl. Physiol.32, 60–120 (1950a).

    Google Scholar 

  14. Holst, E. v.: Quantitative Messung von Stimmungen im Verhalten der Fische. Symp. Soc. exp. Biol.4, 143–172 (1950b).

    Google Scholar 

  15. Jander, R.: Die optische Richtungsorientierung der Roten Waldameise (Formica rufa L.). Z. vergl. Physiol.40, 162–238 (1957).

    Google Scholar 

  16. Jander, R.: Menotaxis und Winkeltransponieren bei Köcherfliegen (Trichoptera). Z. vergl. Physiol.43, 680–686 (1960).

    Google Scholar 

  17. Jander, R.: Grundleistungen der Licht- und Schwereorientierung von Insekten. Z. vergl. Physiol.47, 381–430 (1963).

    Google Scholar 

  18. Jander, R., Barry, C.K.: Die phototaktische Gegenkopplung von Stirnocellen und Facettenaugen in der Phototropotaxis der Heuschrecken und Grillen (Saltatoptera:Locusta migratoria undGtryllus bimaculatus). Z. vergl. Physiol.57, 432–458 (1968).

    Google Scholar 

  19. Lang, H.-J.: Eine lichtmikroskopische Untersuchung der Guppy-Netzhaut. Zeiss-Mitt.3, 415–438 (1965).

    Google Scholar 

  20. Lang, H.-J.: Über das Lichtrückenverhalten des Guppy (Lebistes reticulatus) in farbigen und farblosen Lichtern. Z. vergl. Physiol.56, 296–340 (1967).

    Google Scholar 

  21. Lyon, E.P.: On Rheotropism. I. Rheotropism in fishes. Amer. J. Physiol.12, 149–161 (1905).

    Google Scholar 

  22. Mittelstaedt, H.: Dunkeladaption und Nachreaktionen beiPterophyllum. Naturwissenschaften38, 137–138 (1951).

    Google Scholar 

  23. Müller, H.: Über das Zapfenmosaik in der Netzhaut des Guppy (Lebistes reticidatus). Naturwissenschaften38, 459–460 (1951).

    Google Scholar 

  24. Müller, H.: Bau und Wachstum der Netzhaut des Guppy (Lebistes reticulatus). Zool. Jb., Abt. allg. Zool. u. Physiol.63, 275–324 (1952).

    Google Scholar 

  25. Müller, H.L.H.: Untersuchungen zur Biologie der Diplopoden; I. Die Lichtreaktion vonJulus fallax undPolydesmus complanatus. Zool. Jb., Abt. allg. Zool. u. Physiol.40, 399–488 (1924).

    Google Scholar 

  26. Oehring, W.: Die Helligkeitsreaktionen der Chironomuslarve. Zool. Jb., Abt. allg. Zool. u. Physiol.53, 343–361 (1934).

    Google Scholar 

  27. Reichardt, W.: Die Lichtreaktionen von Phycomyces. Naturwissenschaften48, 192–207 (1961).

    Google Scholar 

  28. Schoen, L.: Das Zusammenspiel beider Augen als Gleichgewichtsorgane der Fische. Verh. Dtsch. Zool. Ges. 1951; Zool. Anz., Suppl.-Bd.16, 191–195 (1952).

  29. Schöne, H.: Über den optischen Lageapparat der Krebse. Verh. Dtsch. Zool. Ges. 1955; Zool. Anz., Suppl.-Bd.19, 52–58 (1956).

  30. Seifert, R.: Raumorientierung und Phototaxis der anostraken Euphyllopoden. Z. vergl. Physiol.16, 111–184 (1932).

    Google Scholar 

  31. Wagner, H. G., Macnichol, E.F., Wolbarsht, M.L.: The response properties of single ganglion cells in the goldfish retina. J. gen. Physiol.43, 45–62 (1960).

    Google Scholar 

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. G. Birukow, danke ich sehr für die Überlassung des Themas und für sein stetes Interesse am Fortgang der Untersuchungen. Zu danken habe ich auch Herrn Dr. H.-J. Lang für wertvolle methodische Hinweise und für die kritische Durchsicht des Textes.

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Stange, G. Die zentralnervöse Verrechnung optischer Afferenzen bei der Gleichgewichtshaltung von Fischen. J. Comp. Physiol. 80, 95–118 (1972). https://doi.org/10.1007/BF00694329

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