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Elektrische Organe der Fische (Elektroplax): Aufbau, Funktion und Regulation
Elektrische Organe sind als eine Besonderheit in einigen Knochen- und Knorpelfischarten zu finden, die sich unabhängig voneinander entwickelt haben. Sie besitzen die Fähigkeit, elektrische Stromimpulse zu erzeugen, die vielfältige Funktionen erfüllen können. So werden sie zum Beutefang, zur Selbstverteidigung sowie zur Elektrokommunikation und Ortung benutzt. Elektrische Organe können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Starke und schwache elektrische Organe. Bei ersteren konnten Stromschläge im Bereich von 5 – 800 V (Bennett, 1970) gemessen werden, während man bei letzteren Stromstärken von wenigen mV bis hin zu einigen wenigen Volt (Clausen et al., 2012) aufgezeichnet hat.
Contents
Aufbau
Elektroplax
Die Grundbausteine der elektrischen Organe stellen die Elektrozyten dar, welche parallel oder seriell angeordnet sein können. Entwickelt haben sich die Elektrozyten aus Muskelzellen, diese sind aber nicht mehr kontraktionsfähig. Die Anzahl der Elektrozyten variiert von Spezies zu Spezies stark von einigen hundert bis hin zu millionenfachen Zellanzahlen ist alles möglich. Bei einer seriellen Anordnung der Elektrozyten summieren sich die Potentialen der einzelnen Zellen. Bei einer parallelen Schaltung dagegen wird die Stromstärke erhöht. Das System, das sich aus dieser Zusammenschaltung von Elektrozyten bildet, nennt man Elektroplax (Markham, 2013). Jedes Elektroplax besteht aus zwei histologisch unterschiedlich aufgebauten Zellmembranen. Die dem caudalen Ende zugewandte Zellmembran ist von einer extrem hohen Anzahl an Synapsen innerviert und mit einer leitfähigen Membran umgeben. Die dem rostralen Ende zugewandte Membran ist nicht innerviert und daher nicht in der Lage bioelektrische Potentiale zu generieren. Wie bei jeder polarisierten Membran können sich auf ihr jedoch elektrische Impulse fortpflanzen (Schoffeniels and Nachmansohn, 1957). Elektrozyten selbst sind elektrisch nicht erregbar und reagieren auf Depolarisation fast gar nicht. Elektrisch stimuliert werden die Zellen von einem efferenten Nerv, der mit einer klassischen chemischen, Acetylcholin-hältigen Synapse mit dem Elektrozyt in Verbindung steht (Bennett, 1970). Kontrolliert werden die Elektrozyten durch einen Schrittmacher Nucleus („Pacemaker Nucleus“), der sich im verlängertem Rückenmark befindet. Wenn sich die Elektrozyten gleichzeitig entladen, wird dies elektrische Organentladung (Electric Organ Discharge) EOD genannt. EODs können auch hormonell reguliert werden und sind je nach Geschlecht etwas unterschiedlich (Markham, 2013). Neben den Elektrozyten besitzen alle elektrischen Fische auch Rezeptorzellen. Diese haben sich aus Haarsinneszellen entwickelt und reagieren auf Potentialänderungen.