News: Schlag in der Nase
Auf der Suche nach Beute in den Weiten der Ozeane folgen Haie ihrer Nase. Und die ist beileibe nicht nur duftempfänglich: Nun entpuppt sie sich auch noch als präzises biologisches Halbleiterthermometer.
© Pelagic Shark Research Foundation (Ausschnitt)
Wem der Name "Amity Island" aus dem Horrorstreifen "Der Weiße Hai" noch immer einen Schauer über den Rücken laufen lässt, der hat wahrscheinlich auch noch die fröhlichen, unter Wasser dumpf gedämpften Rufe und das von unten gefilmte hektische Strampeln der nichtsahnenden Badegäste im Gedächtnis – kurz bevor sie von dem im Film verklärten Haimonster in die Tiefe gerissen wurden.
Dass die wissenschaftliche Genauigkeit im Hollywoodklassiker nicht im Vordergrund stand, ist vielleicht entschuldbar. Als der Film gedreht wurde, war auch schon bekannt, dass eher der Mensch den Weißen Hai bedroht als umgekehrt. Klar war auch, dass Haie auf ihre Beute nicht primär durch Schreie und Bewegungen aufmerksam werden. Entscheidender sind vielmehr der Geruch und auch elektrische Signale, die von Beutetieren ausgehen. Nun zeigen Untersuchungen von Brandon Brown von der University of San Francisco, dass die raffinierte Sensortechnik des echten Meeresräubers auch heutzutage und jenseits der Film-Fiktion noch Überraschendes parat hält.
Brown nahm sich die Lorenzinischen Ampullen eines Weißen Hais Carcharodon carcharias sowie eines Schwarzspitzen-Riffhais (Carcharhinus melanopterus) unter die Lupe. Diese Sensoren – kurze, mit Gel gefüllte Kanäle an der Hautoberfläche der Hainasen – dienen den Tieren als elektrische Sensoren. Bisher war allerdings nicht ganz klar, welche Rolle die Gelfüllung dabei spielt.
Der Forscher untersuchte nun die thermoelektrischen Eigenschaften des Gels aus den Sensor-Ampullen und stellte fest, dass das Gelmaterial halbleiterähnliche Eigenschaften aufweist. Es eignet sich damit ideal zum Aufbau starker Thermokräfte, die in Festkörpern – unter dem Einfluss von Temperaturgradienten – elektrische Ladungsströme verursachen. Durch dieses als Seebeck-Effekt bekannte Phänomen, so Brown, würden die Lorenzinischen Ampullen zu hochsensiblen Thermosensoren: Die Thermokräfte des Gels übersetzten kleinste Temperaturdifferenzen in relativ hohe elektrische Spannungen, die von den ableitenden, spannungssensitiven Nerven weitergeleitet werden.
Schon ein Temperaturunterschied von nur einem zehntel Grad zwischen Ausgang und Ursprung des gelgefüllten Lorenzinischen Ampullen-Kanals könnte, rechnet der Forscher vor, die ableitenden Neuronen zu einer um 300 Prozent gesteigerten Signalaktivität anregen. Theoretisch könnten Haie mit diesem Sensor noch Wärmedifferenzen von weniger als 0,001 Grad Celsius wahrnehmen. Damit wären sie, so Brown, "die temperatursensitivsten Lebewesen, die wir kennen" – und bestens gerüstet, um über einige Entfernung die charakteristischen thermalen Grenzschichten wahrzunehmen, die sich zwischen Beute-Fischschwärmen und dem umgebenden, kälteren Ozeanwasser bilden.
Der Gel-Temperaturfühler arbeitet vollkommen anders als die bisher bekannten Thermosensoren von Säugetieren. Dort sorgen temperaturabhängig geöffnete oder geschlossene Ionenkanäle in den Membranhüllen von Sensorzellen für einen starken oder schwache Ionenstrom – und damit eine elektrische Potenzialänderung, die in die weitergeleiteten Nervensignale umgesetzt wird.
Die feinsinnige Temperaturfühligkeit der Hainase erreicht dieses System allerdings bei weitem nicht.
Dass die wissenschaftliche Genauigkeit im Hollywoodklassiker nicht im Vordergrund stand, ist vielleicht entschuldbar. Als der Film gedreht wurde, war auch schon bekannt, dass eher der Mensch den Weißen Hai bedroht als umgekehrt. Klar war auch, dass Haie auf ihre Beute nicht primär durch Schreie und Bewegungen aufmerksam werden. Entscheidender sind vielmehr der Geruch und auch elektrische Signale, die von Beutetieren ausgehen. Nun zeigen Untersuchungen von Brandon Brown von der University of San Francisco, dass die raffinierte Sensortechnik des echten Meeresräubers auch heutzutage und jenseits der Film-Fiktion noch Überraschendes parat hält.
Brown nahm sich die Lorenzinischen Ampullen eines Weißen Hais Carcharodon carcharias sowie eines Schwarzspitzen-Riffhais (Carcharhinus melanopterus) unter die Lupe. Diese Sensoren – kurze, mit Gel gefüllte Kanäle an der Hautoberfläche der Hainasen – dienen den Tieren als elektrische Sensoren. Bisher war allerdings nicht ganz klar, welche Rolle die Gelfüllung dabei spielt.
Der Forscher untersuchte nun die thermoelektrischen Eigenschaften des Gels aus den Sensor-Ampullen und stellte fest, dass das Gelmaterial halbleiterähnliche Eigenschaften aufweist. Es eignet sich damit ideal zum Aufbau starker Thermokräfte, die in Festkörpern – unter dem Einfluss von Temperaturgradienten – elektrische Ladungsströme verursachen. Durch dieses als Seebeck-Effekt bekannte Phänomen, so Brown, würden die Lorenzinischen Ampullen zu hochsensiblen Thermosensoren: Die Thermokräfte des Gels übersetzten kleinste Temperaturdifferenzen in relativ hohe elektrische Spannungen, die von den ableitenden, spannungssensitiven Nerven weitergeleitet werden.
Schon ein Temperaturunterschied von nur einem zehntel Grad zwischen Ausgang und Ursprung des gelgefüllten Lorenzinischen Ampullen-Kanals könnte, rechnet der Forscher vor, die ableitenden Neuronen zu einer um 300 Prozent gesteigerten Signalaktivität anregen. Theoretisch könnten Haie mit diesem Sensor noch Wärmedifferenzen von weniger als 0,001 Grad Celsius wahrnehmen. Damit wären sie, so Brown, "die temperatursensitivsten Lebewesen, die wir kennen" – und bestens gerüstet, um über einige Entfernung die charakteristischen thermalen Grenzschichten wahrzunehmen, die sich zwischen Beute-Fischschwärmen und dem umgebenden, kälteren Ozeanwasser bilden.
Der Gel-Temperaturfühler arbeitet vollkommen anders als die bisher bekannten Thermosensoren von Säugetieren. Dort sorgen temperaturabhängig geöffnete oder geschlossene Ionenkanäle in den Membranhüllen von Sensorzellen für einen starken oder schwache Ionenstrom – und damit eine elektrische Potenzialänderung, die in die weitergeleiteten Nervensignale umgesetzt wird.
Die feinsinnige Temperaturfühligkeit der Hainase erreicht dieses System allerdings bei weitem nicht.
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