Behavioral and immunohistochemical assessment of selected cognitive functions in elasmobranch fishes (Chiloscyllium griseum)
Final Report Abstract
Ziel dieser Studie war es zu testen, ob zumindest bei einzelnen Tieren einer Art (Chiloscyllium, Potamotrygon) aus der Gruppe der Elasmobranchier ausgesuchte kognitive Fähigkeiten vorhanden sind und herauszufinden, wo diese im Gehirn verarbeitet werden. Zu diesem Zweck sollten Verhaltensversuche zur 1. Objektkategorisierung, 2. Erkennung von optischen Illusionen/Scheinkonturen, 3. zum Ortsgedächtnis, und 4. zum Erinnerungsvermögen durchgeführt werden. In einem fünften und letzten Schritt sollte dann anhand einer IEG Studie erstmalig gezeigt werden, wo im Gehirn kognitive Informationen verarbeitet werden. Die im Antrag beschriebenen Versuche wurden bis auf einige wenige Teilexperimente vollständig durchgeführt. Die Ergebnisse waren positiv und die erhobenen Daten tragen maßgeblich zum jetzigen Wissensstand über die kognitiven Leistungen bei Knorpelfischen bei. Es konnte gezeigt werden, dass Haie nicht nur visuell diskriminieren sondern auch kategorisieren können. Sie unterschieden erfolgreich zwischen den Kategorien ‚Fisch‘ und ‚Schnecke'. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Haie zwar einigen optischen Illusionen, wie z.B. den Kanizsa-Figuren unterliegen, anderen, wie der Müller-Lyer Illusion oder der Ebbinghaus Illusion aber nicht. Verschiedene visuelle Prozesse scheinen schon sehr früh in der Evolutionsgeschichte angelegt worden zu sein und unterschiedliche Wirbeltiere verfügen demnach trotz der unterschiedlichen Organisation ihrer Gehirne (Haie haben zum Beispiel keinen Kortex) über die gleichen bzw. ähnlichen Verarbeitungsmechanismen im Gehirn. IEG Studien vervollständigten die Verhaltensexperimente zur Wahrnehmung optischer Illusionen, und zum ersten Mal konnte neuronale Aktivität bei Lern- und Gedächtnisleistungen immuncytochemisch bei einem Vertreter der Knorpelfische nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigten, dass während bestimmter Lernprozesse, egr-1 mRNA Expression im ventro-medialen und ventro-lateralen Teil des Telencephalons hochreguliert wird. Die Ergebnisse weisen auf wichtige Gemeinsamkeiten bei der neuronalen Informationsverarbeitung hinsichtlich Lern- und Gedächtnisaufgaben zwischen Knorpelfischen und anderen Wirbeltieren hin. Die Versuche zum Erinnerungsvermögen zeigen, dass sich Bambushaie an eine erlernte Aufgabe mindestens über eine Zeitspanne von 50 Wochen erinnern können. In Bezug auf die Versuche zur räumlichen Orientierung konnte gezeigt werden, dass sich Pfauenaugenstechrochen eher an globalen als an lokalen Landmarken orientieren, d.h. eher an der Beckengeometrie als an einzelnen, sich darin befindenden Landmarken. Außerdem bevorzugen Rochen eine Orientierung anhand von Richtungen anstelle von Landmarken wenn beide Orientierungsmechanismen zur Auswahl stehen. Grundsätzlich, können Knorpelfische, ähnlich wie andere Wirbeltiere, auf verschiedene Orientierungsmechanismen zurückgreifen und je nach Aufgabenstellung eine oder mehrere Strategien anwenden. Ein zusätzlicher Versuch, der im Antrag nicht aufgeführt worden war konnte zeigen, dass Cichliden und Haie nicht nur einfache sowie komplexe, sich bewegende 2D-Stimuli unterscheiden können, sondern sogar ihnen bekannte Bewegungen in einem sogenannten Point Light oder Point Display wiedererkennen und erfolgreich voneinander diskriminieren können. Werden sich bewegende Organismen aus neuen, bzw. unbekannten Perspektiven (Frontal, Seite)gezeigt, werden diese dagegen nur sehr begrenzt wiedererkannt.
Publications
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(2017) The Ebbinghaus illusion in the gray bamboo shark (Chiloscyllium griseum) in comparison to the teleost damselfish (Chromis chromis). Zoology (Jena, Germany) 123 16–29
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(2017) World in Motion: Perception and Discrimination of Movement in Juvenile Grey Bamboo Sharks (Chiloscyllium griseum). AB&C (Animal Behavior and Cognition) 4 (3) 223–241
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(2014) The brain creates illusions not just for us: sharks (Chiloscyllium griseum) can ‘see the magic’ as well. Frontiers of Neural Circuits 8:24
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(2015) Irrespective of size, scales, color or body shape all fish are just fish: object categorization in the grey bamboo shark Chiloscyllium griseum. Animal Cognition 18: 497-507
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(2015) Perception and discrimination of movement and biological motion patterns in fish. Animal Cognition 18: 1077-1091
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Schluessel V, Herzog H, Scherpenstein M
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(2015) Something worth remembering: Visual discrimination in sharks. Animal Cognition 18: 463-471
Fuss T, Schluessel V
