Sublethale Effekte von Umweltveränderungen auf tropische Süßwasserfische: Reaktionen eines elektrischen Fisches auf Änderungen von Sauerstoffverfügbarkeit und Temperatur

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Krahe; Dr. Stefan Mucha
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539860011

Als wechselwarme Tiere sind Fische Temperaturschwankungen in ihrer Umwelt direkt ausgesetzt. Neben natürlichen Temperaturschwankungen führen Klimawandel und Umweltverschmutzung zu immer wärmeren Temperaturen und niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen in aquatischen Ökosystemen. Diese beiden Stressoren – warme Temperatur und Sauerstoffmangel – verstärken sich gegenseitig, da der Sauerstoffbedarf wechselwarmer Tiere bei wärmeren Temperaturen ansteigt. Manche Arten haben sich evolutionär an eine größere Bandbreite von Umweltbedingungen angepasst (z.B. Arten, die in gemäßigten Breiten leben, die jahreszeitbedingten Temperaturschwankungen unterliegen) und können große Veränderungen in ihrer Umwelt besser tolerieren als andere (z.B. tropische Arten). Bei vielen Arten wissen wir nichts oder sehr wenig darüber, wie sie mit Temperaturschwankungen umgehen, wo ihre Toleranzgrenzen liegen, ob ihre kognitiven Fähigkeiten beeinflusst werden, und wie ihr Stoffwechsel – der größtenteils auf Sauerstoff als Energiequelle beruht – von Temperaturschwankungen betroffen ist. Im vorliegenden Antrag möchten wir diese grundlegenden, aber im Kontext des Klimawandels sehr aktuellen, Fragen am Beispiel eines afrikanischen, schwach elektrischen Fisches beantworten. Diese Tiere erzeugen durch Entladung eines speziellen elektrischen Organs elektrische Felder im sie umgebenden Wasser (EOD: electric organ discharge) und registrieren Verzerrungen dieser Felder, die durch nahegelegene Objekte oder die EODs von Artgenossen entstehen. Durch das Messen der EODs dieser Fische können wir einen quantitativen Einblick darin gewinnen, wie viel Energie sie in den elektrischen Sinn investieren (wie viele EODs produziert der Fisch?), wie stark mögliche Einflüsse von Umweltparametern sind (welchen Effekt hat Temperatur auf die EOD-Rate?) und wie gut sie ihre Umwelt wahrnehmen können (reagieren sie auf Veränderungen in ihrer elektrosensorischen Umwelt?). Wir werden bei einer Art (Gnathonemus petersii) in vier Experimenten untersuchen, (i) welche Temperaturen sie bevorzugen und vermeiden, (ii) wo ihr kritisches, oberes Temperaturlimit liegt, (iii) ob ihre Fähigkeit, Objekte elektrosensorisch voneinander zu unterschieden bei wärmeren Temperaturen beeinträchtigt ist, und (iv) welchen Einfluss Temperatur auf ihren Sauerstoffverbrauch hat. Jedes Experiment wird zweimal durchgeführt: mit Fischen, die an hohe Sauerstoffkonzentrationen gewöhnt sind und mit denselben Fischen, nachdem sie für 8 Wochen an verschiedene Sauerstoffkonzentrationen akklimatisiert wurden. Nach der zweiten Versuchsrunde werden wir die Morphologie der Kiemen, Aktivität von Enzymen, Konzentration von Metaboliten und Expression wichtiger Gene in verschiedenen Geweben wie Gehirn, Muskel, Leber, Herz und elektrisches Organ untersuchen. Wir erhoffen uns davon, herauszufinden, welchen Einfluss Temperatur und Sauerstoff auf das gesamte Tier haben – vom Verhalten zur Genexpression, und wie diese beiden Stressoren interagieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen