Guppy-Sprünge enträtselt

Aquarienbesitzer kennen das Problem: Gerade Guppys springen häufig ohne ersichtlichen Grund aus dem Wasser. Ist dann das Becken nicht abgedeckt, landen sie fatalerweise auf dem Trockenen. Was aber treibt die kleinen bunten Fische zu diesem Sprung? Ein Todestrieb oder vielleicht doch bloß eine simple Schreckreaktion? US-Forscher haben diese Frage nun genauer untersucht. Sie filmten dazu Guppys mit High-Speed-Kameras und beobachteten, wann und wie die Fische aus dem Wasser springen. Dabei stellten sie Erstaunliches fest: Ihre Sprungtechnik unterscheidet sich von allen bisher bei Fischen bekannten - und auch der Grund ihrer Luftsprünge passt in keine der bisherigen Kategorien.
Springende Fische sind per se nicht ungewöhnlich: Lachse springen bei ihrer Wanderung flussaufwärts, um Hindernisse zu überwinden. Schützenfische wiederum schießen normalerweise ihre Beute - an Land sitzende Insekten - mit einem Wasserschwall ab. Sie können aber bei Bedarf auch aus dem Wasser springen und dann ein Insekt direkt im Flug aufschnappen. Wieder andere Fische katapultieren sich in die Luft, um Räubern zu entgehen, ihr Sprung erfolgt dabei meist instinktiv als Folge einer Schreckreaktion. Dass auch Guppys ( Poecilia reticulata) springen, ist ebenfalls nichts Neues.

Wie effektiv sie dabei sind, musste auch Daphne Soares von der University of Maryland feststellen. Die Neurowissenschaftlerin hielt sich die kleinen Fische eigentlich, um bestimmte Strukturen an deren Hirnstamm zu untersuchen. Während eines Projekts sprang ihr dabei ein Guppy aus dem Tank und direkt in ihre Tasse mit Eistee. "Jetzt reichte es mir - ich organisierte eine High-Speed-Kamera und wollte nun genauer wissen, was da vor sich geht", so die Forscherin.
Erst Zurücksetzen, dann spontaner Sprung

Für ihre Tests setzte Soares die Guppys jeweils einzeln in ein rechteckiges Plexiglasbecken. Eine Seite des Beckens war durchsichtig und vor dieser war die Kamera aufgebaut, eine weitere Seite war verspiegelt, um den Fisch auch aus einem zweiten Blickwinkel aufnehmen zu können. Nun hieß es warten - allerdings nicht lange. "Die meisten Fische begannen schon nach wenigen Minuten im Tank zu springen", berichten Soares und ihre Kollegin Hilary Bierman. Die Guppys katapultierten sich dabei ohne ersichtlichen äußeren Grund aus dem Wasser: Sie wurden nicht erschreckt, es gab keine Beute außerhalb des Beckens und die Fische verhielten sich vor dem Sprung auch eher ruhig, wie die Forscherinnen berichten. Auch saisonale Wanderungen wie bei den Lachsen seien von den Guppys nicht bekannt. Was aber war es dann?



Möglicherweise brachten die High-Speed-Aufnahmen der Sprünge mehr Aufschluss. Tatsächlich zeigten sie ein ungewöhnliches Verhalten der Fische: Unmittelbar vor dem Sprung ruderten diese mit ihren Brustflossen ein Stück zurück - sie nahmen gleichsam Anlauf. "Eine solche Vorbereitungsphase durch Rückwärtsschwimmen ist bisher von keinem anderen springenden Fisch bekannt", berichten Soares und Bierman.

Anpassung gegen Überbevölkerung und Inzucht?

Nach dem Zurücksetzen holt der Guppy dann Schwung, indem er sich immer schneller abwechselnd zu beiden Seiten hin krümmt und so den ganzen Körper als Schubgeber nutzt. Damit erreicht er innerhalb kürzester Zeit Geschwindigkeiten von rund einem Meter pro Sekunde. Durch einen Schlag mit seinen Brustflossen katapultiert sich der Guppy dann in steilem Winkel aus dem Wasser hinaus. "Die Fische begannen ihren Sprung meist rund eine Körperlänge tief unter Wasser und schossen dann bis zu acht Körperlängen in die Höhe", schildern die Forscherinnen ihre Beobachtungen.

"Weil der Guppy-Sprung langsam mit dem vorbereitenden Rückwärtsschwimmen beginnt und ohne äußere Reize stattfindet, halten wir dies für ein absichtliches Verhalten", erklären Soares und Bierman. Es sei sehr unwahrscheinlich, dass es sich um einen Schreckreflex oder ähnliches handele. Möglich wäre aber, dass die Fische diese Sprünge gezielt nutzen, um in ihrem Lebensraum von einem Gewässer zum anderen zu springen. "Das könnte ihnen helfen, beispielsweise Inzucht zu vermeiden oder einer Überbevölkerung auszuweichen", mutmaßen die Forscherinnen.
Daphne Soares und Hilary Bierman (University of Maryland, College Park) et al., PloS ONE, doi: 10.1371/journal.pone.0061617

Luftsprünge bei Trinidad Guppys

Auszugsweise Übersetzung aus

Aerial Jumping in the Trinidadian Guppy (Poecilia reticulata)
Daphne Soares*, Hilary S. Bierman
Department of Biology, University of Maryland, College Park, Maryland, United States of America



Crispo et al. (2006) [30] argumentieren, dass
geografischen Besonderheiten erhebliche Auswirkungen auf die genetische
Struktur und Entwicklung dieser Art hatten, mit Wasserfällen, die wesentlich den Genfluss reduzierten. Fische aus den unteren Teilen der Ströme besitzen
mehr allelische Vielfalt als diejenigen, die man stromaufwärts findet. Sie haben daher angenommen, dass die Guppys stromaufwärts
eine ältere, vielleicht ursprünglichere Population reflektieren.
Die Guppys stromabwärts haben wiederholt und unabhängig kolonisiert
und sich stromaufwärts der Umgebungen angepasst ist, was zu
parallelen, raschen Veränderungen der Lebenzyklus Merkmalen, dem Verhalten und
der Morphologie führte.

Hier beschreiben wir die Kinematik der spontanen Sprünge im
Verhalten des männlichen Guppys bei hohem Raubfischdruck. Wir stützen uns auf die
gut beschriebene Ökologie und Evolutionsgeschichte
von Guppys und schlagen mögliche Rollen vor, die das Sprung-Verhalten
in ihrer Verteilung spielen könnten.


Methoden
Alle Experimente und Tier-Schutz-Aktivitäten wurden durch
Animal Care und das Use Committee der Meeresumwelt
Biological Laboratory (Woods Hole, MA) genehmigt. Die Fische wurden
von Dr. Kim Hoke an der Colorado State University (CSU) geliehen und
zum Marine Biological Laboratory versandt, um dort in einer parallelen Studie verwendet zu werden.

Sammlung und Aufzucht im Labor
Weibliche Guppys wurden aus dem Guanapo River, einem Fluss mit hohem Raubfischdruck in den Northern Range Mountains von Trinidad gesammelt.
Second-Generation-Familie Linien aus der zweiten Generation, 20 bis 30 in freier Wildbahn gefangene
trächtige Weibchen, wurden von Dr. Cameron Ghalambor 2008 gehalten, um die Umwelt- und mütterlichen Einflüsse zu reduzieren.
Goppymännchen aus diesem Bestand wurden im Sommer 2011 zum Marine Biological Laboratory gebracht.

Video Recording
Die Fisch sprangen spontan aus ihren Heimat Becken (so, dass eine enge
Gitter Abdeckungen notwendig war) und sprangen nach ein paar Minuten der Anpassung in dem experimentellen Becken.
Zu keiner Zeit war eine Anregung notwendig, um das Springen auslösen.


Alle Seiten des Behälters waren mit einer Ausnahme undurchsichtig und wir platzierten einen Spiegel an der klaren Seite, um die springenden Fische gleichzeitig seitlich und dorsal zu filmen.

Die Fische wurden nach jedem Durchgang fotografiert, gemessen und gewogen.

Ergebnisse
Die Guppies sprangen spontan aus dem Wasser, ohne
Anregung durch eine Schreckreaktion, einen Reiz oder Beute. Dieses aufgetretene
Verhalten zwischen Gruppen von Fischen wurde in ihren Heimat Becken (was hier nicht
direkt getestet wurde) und auch, wenn die Fische
isoliert in einzelnen Tanks waren beobchtet. Alle Fische befanden sich vor dem
Springen in einer Ruhestellung und sie sprangen nie beim Erkunden der Becken oder während des Schwimmens.

Die Fische sprangen, mit angelegten Brustflossen aus
einer Tiefe von 1,86 cm + -1,40 cm (eine Körperlänge) und erreichten eine
Höhe von 6,54 cm + -1,92 cm (3.52+-0.96 Körperlängen;. Der Stoß schien durch eine axiale Körperbewegung erzeugt zu werden.

Der Sprung-Zyklus startete mit schnellen Körperstößen, so dass die
Geschwindigkeit, der Winkel und die Leistung der ersten beiden Körper-
Kontraktionen Flucht Antworten glichen. Dies legt eine mögliche Rekrutierung der gleichen neuronalen Schaltkreise, wie sie für Schreck-Verhaltensweisen verantwortlich sind, nahe.


Das Sprung-Verhalten begann mit einer starken einseitigen Körper-Krümmung, auf die eine entgegengesetzt gerichtete propulsive Krümmung folgte.
Nach den ersten beiden Körper-Kontraktionen folgte eine hohe
Frequenz axiale Biegungen.

Diskussion
Wir maßen die Eigenschaften des spontanen
Sprungverhaltens bei Guppys, die im Labor gezüchtet wurden, aus Lokalitäten mit hohem Raubfischdruck.
Diese Fische springen ohne jeglichen Stimulus, Beutereiz oder saisonalen Migrationsdruck aus dem Wasser.
Hier haben wir dieses Verhalten quantifiziert und gezeigt, dass es eine
Vorbereitungsphase langsamen Rückwärtsschwimmens gefolgt von schnellem
Vorwärtsschwimmen und einer Luft-Phase umschließt. Bisher gab es keine Beschreibungen dieser Rückwärtsschwimmphase bei Luftsprüngen von Fischen.

Es ist möglich, dass Guppys aufgrund einer Form von Schreckverhalten aus dem Wasser springen, aber es ist unwahrscheinlich, dass saisonale Migration an dem Springen beteiligt ist, da Guppys nicht dafür bekannt sind, ihre Gebiete saisonal zu verändern.

Weil das Guppy-Springen langsam mit einer vorbereitenden
Phase beginnt und ohne externe Stimulation auftritt, vermuten wir, dass
das Sprung-Verhalten gewollt ist und sich als eine ausgewählte
Verbreitungs-Strategie herausgebildet hat. Ausbreitung ist vorteilhaft für die Vermeidung
von Wettbewerb unter Verwandten, zur Verhinderung von Inzucht
und spielt auch eine entscheidende Rolle in der Populationsdynamik,
Spezies Persistenz und der Erhaltung der genetischen Variabilität, Konservierung
der Artenvielfalt und Artbildung.

Männliche Guppys haben gezeigt, dass sie häufiger als weibliche Guppys ihren Ausgangspool verlassen und die Wahrscheinlichkeit der Auswanderung deutlich in Richtung stromaufwärts erfolgt. Daher ist es denkbar, dass das Springen mehr bei den Männchen aus Lokalitäten mit hohem Raubfischdruck im Vordergrund steht.