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Von Tieren -- Schwimmende Kraftwerke
Von Herbert Cerutti
ALS ALEXANDER VON HUMBOLDT um 1800 bei Calabozo in Venezuela die Tümpel und schlammigen Zuflüsse am Orinoco erforschte, lernte er den sagenhaften Zitteraal persönlich kennen. Schon hundert Jahre vorher war die Kunde nach Europa gelangt, in den warmen Flüssen von Guayana, Venezuela und im Nordosten von Brasilien lebe der «Temblador», der Zitterer, ein bis zu zwei Meter langer und zwanzig Kilogramm schwerer, aalförmiger Fisch, der jedes fremde Lebewesen in seiner Umgebung mit elektrischen Blitzschlägen betäube und oftmals auch töte.
Die Indianer Südamerikas hatten (und haben wohl noch heute) grössten Respekt vor diesem Zeus. Bei Uritucu war man sogar gezwungen, eine Strasse zu verlegen, weil Jahr für Jahr zahlreiche Maultiere umkamen, die hier den von Zitteraalen bevölkerten Fluss durchwaten mussten. Und wo immer das Tier lebt, findet man in den Gewässern kaum andere Fische. Das Fleisch der Zitteraale soll einen unangenehmen Geschmack haben. Begehrt ist jedoch in der Volksmedizin die Wirbelsäule, die man zu Pulver verarbeitet und bei schwierigen Geburten verabreicht.
Humboldt wollte den elektrischen Fisch genauer untersuchen und brauchte lebende Exemplare. Obwohl er für jeden gesunden Zitteraal zwei Piaster versprach, war die Furcht der Einheimischen vor den Stromstössen offenbar so gross, dass während vieler Tage kein einziges Tier im Camp eintraf. Darauf kümmerte sich Humboldt selber um die Jagd.
Mit Netzen fischen lässt sich der agile Zitteraal schlecht, denn sobald er die Störung bemerkt, gräbt er sich wie eine Schlange in den schlammigen Grund. Besser wäre die traditionelle chemische Fangmethode: Man wirft giftige Barbascowurzeln in den Teich, worauf sich die betäubten Zitteraale problemlos einsammeln lassen. Nur: Humboldt wollte für seine Studien keine halbtoten Tiere. So liess er sich schliesslich von den Indianern das «Fischen mit Pferden» organisieren.
Dazu holten die Einheimischen aus der Steppe um die dreissig ungezähmte Pferde und jagten sie ins Wasser. Humboldt berichtet: «Der ungewohnte Lärm vom Stampfen der Rosse treibt die Fische aus dem Schlamm hervor und reizt sie zum Angriffe. Der Kampf zwischen den so verschiedenen Thieren gibt das malerischste Bild. Die Indianer mit langen Rohrstäben stellen sich in dichter Reihe um den Teich und scheuchen mit wildem Geschrei die Pferde zurück, wenn sie sich aufs Ufer flüchten wollen. Die Zitteraale vertheidigen sich durch wiederholte Schläge, und mehrere Pferde erliegen den unsichtbaren Streichen. Allmählich aber nimmt die Hitze des ungleichen Kampfes ab, und die erschöpften Aale kommen nun scheu ans Ufer des Teiches geschwommen.»
Mit kleinen, an langen Stricken befestigten Wurfspeeren holten nun die Indianer die Zitteraale aufs Trockene, und bald schon hatte Humboldt fünf grosse, nur wenig verletzte Exemplare. Als der grosse Forscher allerdings versehentlich beide Füsse auf einen soeben angelandeten Fisch setzte, erlitt er «eine so furchtbare Erschütterung», dass er «den ganzen Tag über heftigen Schmerz in den Knien und fast allen Gelenken» empfand.
Heute weiss man detailliert, wie der Zitteraal (Electrophorus electricus) funktioniert und was dieses biologische Kraftwerk zu leisten vermag. Der Fisch trägt beiderseits der Wirbelsäule fast in der ganzen Körperlänge je drei stromerzeugende Organe. Diese Biobatterien machen die Hälfte des Körpergewichts aus. Elektrisches Grundelement sind die Elektrozyten, umgewandelte Muskelzellen, die als abgeplattete, längliche Zellen schichtweise übereinanderliegen. Jeder Elektrozyt ist nur an einem Ende über eine Synapse (Schaltstelle) an eine Nervenfaser gekoppelt und so mit einem Schrittmacherzentrum im Hirn verbunden.
Kommt aus dem Schrittmacher ein elektrisches Signal, wird an der Synapse der Botenstoff Acetylcholin ausgeschüttet, was Natriumionen durch die Zellmembran einströmen lässt. Dadurch entsteht entlang der Zelle eine elektrische Potentialdifferenz von etwa 150 Millivolt. Indem nun über 5000 Elektrozyten dicht übereinandergestapelt und hintereinandergeschaltet sind, addieren sich die Spannungsdifferenzen der einzelnen Zellen zur enormen Gesamtspannung von bis zu 800 Volt. In den stromerzeugenden Organen sind einige Dutzend dieser Stapel parallelgeschaltet, was dann Ströme von mehreren Ampere fliessen lässt. So generiert der Zitteraal eine elektrische Leistung von weit über einem Kilowatt - für kleinere Fische und Frösche, aber auch für manchen Säuger ein tödlicher Schlag.
Wie raffiniert die Natur arbeitet, zeigt ein Detail: Damit alle Elektrozyten, seien sie nun nahe beim Hirn oder ganz am Schwanzende, den vom Schrittmacherzentrum gesendeten Befehl zum Losschlagen exakt im gleichen Moment erhalten, wird der Laufzeitunterschied der Erregungsimpulse durch feinabgestufte Längen- und Durchmesseränderungen im Verbindungsnerv kompensiert. So können die Funken der halben Million Minibatterien zum gewaltigen Blitz synchronisiert werden. Ein Stromstoss dauert jeweils nur Millisekunden; der Zitteraal kann aber bis zu 150-mal pro Stunde feuern, ohne zu ermüden.
Der Zitteraal braucht seine elektrische Kraft zum Lähmen der Beute oder als Verteidigung gegen Feinde. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts hat man gemerkt, dass die kleinen elektrischen Organe im hinteren Körperteil des Fisches eine ganz andere Aufgabe haben. Sie produzieren Spannungen von nur etwa einem Volt, feuern aber ohne Unterlass viele hundert Mal pro Sekunde. Damit baut der Fisch zwischen Kopf und Schwanz ein elektrisches Dipolfeld um seinen Körper. Jeder Gegenstand in der Nähe stört das Feld. Indem nun der Fisch am Kopf und entlang den Körperseiten dicht unter der Haut zahlreiche Elektrorezeptoren hat, sieht er das fremde Objekt als «elektrischen Schatten».
So kann sich der Zitteraal auch im trüben, dunklen Urwaldfluss orientieren und unterscheiden, ob das Objekt ein guter oder schlechter elektrischer Leiter, also etwa ein ungeniessbarer Stein oder aber ein Fischchen ist. Und je nach «Schärfe» des elektrischen Bildes weiss der Zitteraal, wie nahe und wie gross das Fremdobjekt ist.
Mittlerweile hat man in tropischen und gemässigten Gewässern um die 250 verschiedene Arten elektrischer Fische entdeckt. Zu den stark elektrischen Tieren gehört neben dem Zitteraal auch der bis zu 25 Kilogramm schwere Elektrische Wels (Malapterurus electricus) aus dem Nil, der mit seinen 350 Volt starken Schlägen ebenfalls töten kann. Im östlichen Atlantik und im Mittelmeer wohnen die Zitterrochen, die nierenförmige, starke Batterien an beiden Seiten des Kopfes tragen. Diese wehrhaften Fische kannten schon die alten Griechen - und nutzten den biologischen Elektroschock zur Behandlung hartnäckiger Kopfschmerzen. Da das salzhaltige Meerwasser viel besser leitet als Flusswasser, braucht etwa der Gefleckte Zitterrochen (Torpedo torpedo) für seine Elektroattacken nur Spannungen von 60 Volt. Dafür beträgt die Stromstärke happige 50 Ampere, was dann 3000 Watt ins Wasser bringt.
Einen Zusatznutzen des «sechsten Sinns» entdeckten die Biologen bei den schwach elektrischen Nilhechten. Die zur Orientierung im trüben Wasser verwendeten elektrischen Impulse haben ein artspezifisches Frequenzmuster und dienen so auch der Kommunikation. Da Männchen und Weibchen leicht unterschiedliche Signale senden, ist Elektrokommunikation Teil des Balzverhaltens.
Der Spitzbartfisch, ein gerne als Aquariumfisch gehaltener kleiner Nilhecht, setzt seine Stromimpulse als elektrische Hörner ein: Geschlechtsrivalen nerven sich durch sukzessives Erhöhen der Signalfrequenz. Höflicher gehen die in Südamerikas Urwaldflüssen lebenden Messeraale mit ihrem elektrischen Talent um: Treffen sich zwei Artgenossen unterwegs, evaluieren sie, wer im ähnlichen Frequenzmuster eine leicht höhere und wer eine etwas niedrigere Frequenz benutzt. Denn mit praktisch gleichem elektrischem Feld machen sie sich gegenseitig «blind». Jetzt erweitern sie den minimen Frequenzunterschied auf einige Hertz und geben sich so den elektrischen Blick wieder frei.
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