Funktion von Elektrokommunikationsignalen bei Aggression und Balzverhalten des elektrischen Neuwelt-Messerfischs Apteronotus leptorhynchus

01.07.2022 bis 30.06.2025

Schwach elektrische Fische sind ein exotischer aber erfolgreicher Modellorganismus in den Neurowissenschaften an der Schnittstelle zwischen Neuroethologie, Computational Neuroscience, Neurophysiologie und Evolution. Trotz mehr als 60 Jahre intensiver Erforschung elektrosensorischer Informationsverarbeitung und dem Kommunikationsverhalten dieser Fische wissen wir erstaunlich wenig über die Verhaltensrelevanz und die Statistik natürlicher elektrosensorischer Reize auf die sich das elektrosensorische System evolviert hat. Neueste technologische Entwicklungen erlauben nun, basierend auf der Aufnahme der elektrischen Felder dieser Fische mit Multielektrodenarrays, sowohl die Bewegungen als auch die Kommunikationssignale dieser nachtaktiven Fische aufzuzeichnen, ohne dass diese markiert werden müssen. Unsere Feldarbeiten in Panamá an Apteronotus rostratus haben unerwartete Abweichungen zwischen elektrosensorischen Stimuli im Kontext von Balzverhalten und der Abstimmung von Elektrorezeptoren, sowie eine im Vergleich zu Laborexperimenten stark reduzierte Benutzung von Elektrokommunikationssignalen in aggressiven Interaktionen zwischen Männchen gezeigt. Diese Arbeit hat auch das große Potential von Multielektrodenarrays für die Aufklärung der Bedeutung von Elektrokommunikationssignalen demonstriert.
In dem hier vorgeschlagenen Projekt soll die Multielektrodenarray-Technik verbessert werden, um die Bedeutung verschiedener Elektrokommunikationssignale des Gymnotiformen elektrischen Fisch A. leptorhynchus, ein naher Verwandter von A. rostratus, zu erforschen. In drei Arbeitspaketen von zunehmender Komplexität soll eine Brücke von gut kontrollierten Laborexperimenten zu natürlichen Verhaltensweisen in natürlichen Habitaten geschlagen werden. Der zentrale methodische Aspekt ist die Verbesserung der Analysealgorithmen für Multielektrodenarrays mit dem Ziel, ein einfaches, auch von unseren Kollaborateuren benutzbares System zu entwickeln. Zuerst sollen existierende Daten von Laborexperimenten, bei denen zwei Fische um einen Unterschlupf konkurrieren, mit zu entwickelnden Algorithmen neu analysiert werden, um die Rolle von Elektrokommunikationssignalen in diesem Standardexperiment aufzudecken. Zentral ist das zweite Arbeitspaket mit einer Reihe von Brutversuchen in großen Aquarien. Dabei soll die Bedeutung verschiedenere Typen von Elektrokommunikationssignalen bei sich veränderten Umweltbedingungen und sozialen Kontexten untersucht werden. Mit den inhaltlichen wie auch methodischen Ergebnissen sind wir dann gerüstet, um im dritten Arbeitspaket existierende Datensätze, aufgenommen in natürlichen, neotropischen Habitaten in denen die Fische evolviert sind, zu analysieren. Das vorgeschlagene Projekt wird zahlreiche neue Einsichten zum Kommunikationsverhalten und den dazugehörigen elektrosensorischen Stimuli eines nachtaktiven Knochenfisches erbringen.