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Was sind komplexe Augen für Quallen?

Cubomedusa Tripedalia cystophora lebt im seichten Wasser in den Mangroven der Karibik (Foto © Melissa Coates von www.wissenschaft-online.de)

Die Kubomedusen unterscheiden sich von allen anderen Quallen durch aktives Jagdverhalten und gut entwickelte Kammeraugen, die in ihrer Struktur denen von Wirbeltieren ähneln. Die Linse des Kammerauges weist hervorragende optische Eigenschaften auf und überträgt das Bild nahezu verzerrungsfrei. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Brennweite die Entfernung zur Netzhaut übersteigt, so dass das Auge keine kleinen Details, sondern nur große Objekte sehen kann. Es scheint jedoch so zu sein, dass cubomedusi solche Visionen erfolgreich einsetzt, um spezifische Probleme zu lösen.

Kubomeduzas sind dafür bekannt, dass unter ihnen relativ viele giftige Arten sind (siehe auch "Gefährliche Meeresbewohner"), zum Beispiel die sogenannten Meereswespen (Chironex fleckeri). Sie kommen hauptsächlich in seichten Gewässern, in der Nähe von Sandstränden oder in Mangrovensümpfen in Amerika, Australien und Neuseeland vor. Aber nur wenige Menschen wissen, dass Kubomedusa gut entwickelte Augen haben, die für wirbellose Tiere ungewöhnlich sind. Aufgrund der gut entwickelten Vision wurden diese Quallen kürzlich sogar aus der Klasse der Skyphoiden isoliert (Scyphozoa), Darmbandtyp, in einer separaten Klasse Cubozoaweil der Rest der Skephoidenqualle diese Vision nicht hat. Ein weiterer morphologischer Unterschied der neuen Klasse ist, dass die Form des Würfel-Jelly-Regenschirms im Querschnitt quadratisch ist. Die einzige Ausnahme ist Tripedalia cystophoraeine Ansicht, über die weiter diskutiert wird.

Die schematische Struktur des Würfelgelees (rechts), sein Querschnitt (links) und die Struktur des Polypen mit einer Knospenlarve – die zukünftige Qualle (unten). Abb. von animaldiversity.ummz.umich.edu

An der Fakultät für Biologie an der Universität von Lund in Schweden erforschen sie seit einigen Jahren den Anblick des Cubomejus Tripedalia cystophora. Diese kleine Qualle (die Größe ihrer Kuppel beträgt 10 mm) lebt in Jamaika und in Puerto Rico und schwimmt tagsüber aktiv an der Oberfläche des Wassers zwischen den Mangrovenwurzeln. Es ist einfach, im Labor zu züchten, und es lebt gut und züchtet unter künstlichen Bedingungen. Tripedalia hat eine atypische, gerundete, kuppelförmige Gestalt, aber es hat recht charakteristische Augen für Cubobus, die sich auf spezifische sensorische Auswüchse – die sog Ropaliah (Es gibt 4 von ihnen in Quallen). Jeder Ropali hat 6 Augen: 4 einfache Augen und zwei Kammeraugen. Die oberen und unteren Kammeraugen haben eine ähnliche Struktur und unterscheiden sich nur in der Größe.Alle Hauptkomponenten eines typischen Kammerauges sind vorhanden: Hornhaut, Linse, Netzhaut, Pigmentschicht und Zwerchfell. Eine Veränderung der Lichtintensität führt zu einer Veränderung des Zwerchfells, während die Öffnung des oberen Auges konstant bleibt.

Mit einer speziellen Messtechnik untersuchten Forscher der Universität Lund die Brechungseigenschaften der Linsen beider Augen. Die Messungen wurden an einer isolierten Linse durchgeführt, die unter einem Mikroskop in einen Tropfen Meerwasser gegeben wurde. Der Brechungsindex in der Mitte der Linse, unabhängig von ihrer Ausrichtung, entsprach 1,48, was mit dem Brechungsindex von Fischlinsen vergleichbar ist (Kröger et al., 1994). Die Verfolgung des Strahlengangs durch die Linse zeigte ideale optische Eigenschaften für beide Augen. Daher sollten die aus verschiedenen Richtungen kommenden Strahlen gut auf die Retina der Gelee-Medaille fokussiert sein, wodurch ein schönes Bild ohne Verzerrung gebildet werden sollte.

A. Schematische Darstellung eines ropalia cube medus mit allen 6 Augen und einem Statolit. B. Tripedalia cystophora, mit 4 ropalia markierte Pfeile. B. Anatomisches Modell ropalia Tripedalia cystophora mit zwei Kammeraugen und einem Statolit. G.Optische Augenmodelle zur Bestimmung der Brennweite (Zahlen aus Coates, 2003; Nilsson et al., 2005; Wehner, 2005)

Weitere Untersuchungen der Eigenschaften des Auges Tripedalia gab unerwartete Ergebnisse. Als ein geometrisches Modell des Auges in der gleichen Universität von Lund gebaut wurde, um zu verstehen, wie das Bild auf die Netzhaut fokussiert, stellte sich heraus, dass das Bild unter Berücksichtigung des bereits bekannten Brechungsindex der Linse nicht auf die Netzhaut, sondern dahinter fokussiert. Daher werden die idealen Brechungseigenschaften der Linsen aufgrund der "unregelmäßigen" Geometrie des Auges nicht verwendet.

Ropali Medusa Tripedalia cystophora hat 6 Augen: 4 einfache Ocelli (zwei grubenförmig und zwei schlitzförmig) und zwei Kammeraugen (oben und unten). In beiden Kammeraugen befinden sich Hornhaut, Linse, Netzhaut, Pigmentschicht und Zwerchfell. Eine Veränderung der Lichtintensität führt zu einer Veränderung des Zwerchfells, während die Öffnung des oberen Auges konstant bleibt. Foto © Dan-E. Nilsson von www.wissenschaft-online.de

Forscher der Universität Lund haben versucht, diese Ergebnisse anders zu interpretieren: Das Quallenauge wirkt als räumlicher Tiefpassfilter, das heißt, der Fokus ist in den Augen bewusst verwirrt, um keine kleinen Details zu sehen.Ein solches Auge unterscheidet deutlich große und unbewegliche Objekte und sieht Plankton und verschiedene kleine Schwebstoffe im Wasser nicht. Wenn wir uns daran erinnern, dass die Würfelmediatoren meist in seichtem Wasser in Mangrovendickichten leben, dann kann man davon ausgehen, dass eine solche Sicht gut für schnelles Schwimmen und Manövrieren zwischen Unterwasserwurzeln und Stängeln sorgen kann.

Es gibt eine andere Hypothese darüber, wie ein räumlicher Tiefpassfilter verwendet werden kann. Tripedalia jagt hauptsächlich auf Copepodenkrebse. An sonnigen Tagen bilden die Copepoden dichte Cluster in vertikalen Lichtsäulen, die sich zwischen den Wurzeln der Mangroven bilden. Die Medusa sieht perfekt den Lichtstrahl und beginnt schnell hin und her zu schwimmen, wobei sie oft diesen Lichtstrahl durchquert. Dank dieser einfachen und effektiven Jagdstrategie werden viele Copepoden von den Quallen-Tentakeln gefangen. Dies erfordert keine gute Sicht auf kleine Objekte, aber es ist notwendig, große Objekte zu unterscheiden.

Bei der Diskussion der optischen Eigenschaften des Auges haben wir das Problem der Verarbeitung visueller Informationen überhaupt nicht behandelt. Das Nervensystem des Kubomedus umfasst einen Nervenring mit 8 Ganglien (Cluster von Nervenzellen), von denen vier mit Ropalien verbunden sind, während die anderen vier die Tentakel innervieren.Jede Ropaly ist buchstäblich mit Nervenzellen und Fasern "verstopft". Die Wissenschaftler waren überrascht zu sehen, dass die Entfernung der Ropalier zu einem vollständigen Stopp der Schwimmbewegungen führt.

Unteres Quallenkammerauge Tripedalia cystophora (Foto © Dan-E .. Nilsson von www.wissenschaft-online.de)

Es stellte sich heraus, dass die Team Motoneurons, die die Kontraktion des Schirms beginnen, von Ropals stammen. Visuelle Informationen werden direkt an motorische Motoneuronen übertragen, wobei die interkalaren Neuronen umgangen werden, so dass visuelle Irritation sofort eine motorische Reaktion auslösen kann. Somit wird die Analyse visueller Information, die bei höheren Tieren im Zentralnervensystem (d. H. Im Gehirn) auftritt, auf die äußere Peripherie in Quadergelee ausgeübt. Die Vorteile einer solchen Organisation des Nervensystems liegen auf der Hand.

Quellen: 1) Charlotta Skogh, Andreas Garm, Dan-E. Nilsson, Piter Ekström. Bilateral symmetrisches Rhopalialsystem Tripedalia cystophora // Zeitschrift für Morphologie. 2006. Veröffentlicht Online: 27 Jul 2006. DOI: 10.1002 / jmor.10472. 2) Dan-E. Nilsson, Lars Gislén, Melissa Coates, Charlotta Skogh, Andreas Garm. Fortgeschrittene Optik in einer Quallenauge // Natur. 2005. V. 435. P. 201-205. 3) Rüdiger Wehner. Gehirnlose Augen // Natur. 2005. V. 435. P. 157-159. 4) Melissa M. Coates. Visuelle Ökologie und funktionelle Morphologie von Cubozoa (Cnidaria) (Volltext) // Integrative und vergleichende Biologie. 2003. V. 43 (4). P. 542-548. 5) R. H. H. Kröger, C. W. Campbell, R. Munger, R. D. Fernald. Der afrikanische Cihlid Fisch Haplochromis burtoni // Vision Forschung. 1994. V. 34, S. 1815-1822.

Varvara Vedenina


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