Ontogenetic variation in phototactic responses of juvenile chum salmon (Oncorhynchus keta) under different light intensities

Fische, die in Flüssen leben, stehen vor einer ständigen Herausforderung: Wie bewegen sie sich sicher durch eine Welt, die oft durch menschengemachte Strukturen blockiert ist. Dämme und Wehre, die gebaut wurden, um Wasser für die Energiegewinnung oder Bewässerung zu speichern, wirken wie Wände, die Fische am Aufschwimmen hindern. Um ihnen die Passage zu ermöglichen, bauen Ingenieure spezielle Kanäle, sogenannte Fischtreppen. Doch während diese Kanäle den Fischen helfen, aufwärts zu schwimmen, ist der Weg nach unten oft gefährlicher. Die massiven Rohre, die Wasser in die Turbinen leiten, können wie riesige Staubsauger wirken, die junge Fische einsaugen und töten. Um dieses Problem zu lösen, untersuchen Wissenschaftler, ob Licht diese jungen Fische vom Gefahrenbereich wegführen kann. Viele Tiere, einschließlich Fische, besitzen eine instinktive Reaktion auf Licht, die Phototaxis genannt wird. Dies ist schlicht die Tendenz, zu einer Lichtquelle hinzuschwimmen oder von ihr wegzuschwimmen. Seit Jahrzehnten fragen sich Forscher, ob sie diesen Instinkt nutzen könnten, um junge Lachse von gefährlichen Einläufen weg und hin zu sicheren Auslässen zu steuern, aber die Antwort hängt stark davon ab, wie die Fische auf unterschiedliche Helligkeitsstufen reagieren und wie sich ihr Verhalten verändert, während sie von winzigen Larven zu größeren Jungfischen heranwachsen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie setzte sich ein Forscher namens Keishi Matsuda zum Ziel, genau zu testen, wie junge Kiemenlachse (Chum Salmon), eine für die Fischerei in Japan lebenswichtige Art, auf Licht reagieren. Das Ziel war zu sehen, ob diese Fische in der Größe, in der sie in die Wildnis entlassen werden, zu einem weißen Licht schwimmen würden oder es vermeiden würden, und ob sich dieses Verhalten beim Wachsen veränderte. Das Experiment fand in einem kontrollierten Innenbecken in einer Forschungsstation in Nikko statt. Das Becken wurde so konzipiert, dass es einen Fluss mit einer sanften Strömung nachahmte, und die Wände waren abgedeckt, um jegliches Außenlicht zu blockieren. Im Inneren platzierte der Forscher eine Reihe von weißen LED-Leuchten an einem Ende. Er setzte dann einhundert junge Lachse, die jeweils etwa so groß wie ein kleiner Finger waren, in das Becken. Diese Fische waren noch nicht ausgewachsen; sie befanden sich in einem Stadium kurz bevor sie natürlich ihre Reise flussabwärts zum Ozean antreten würden.

Der Forscher schaltete die Lichter nicht einfach nur an und aus. Stattdessen erstellte er eine sorgfältige Abfolge von Helligkeitsstufen, beginnend bei völliger Dunkelheit und mit einer langsamen Steigerung der Intensität auf Werte, die weit heller als ein typischer Raum sind. Den Fischen wurde erlaubt, frei zu schwimmen, und Kameras zeichneten auf, wohin sie gingen. Das Team zählte, wie viele Fische sich bei jeder Helligkeitsstufe in der Nähe der Lichter versammelten. Sie verglichen diese Ergebnisse mit Daten aus einer früheren Studie, die exakt dieselbe Methode, aber mit etwas älteren, größeren Lachsen, sogenannten Smolts, verwendet hatte. Dies ermöglichte einen direkten Vergleich, wie sich die Fische in zwei verschiedenen Stadien ihres frühen Lebens verhielten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Fische nicht einfach in einer geraden Linie auf das Licht zustimmten oder davon wegschwimmten. Stattdessen änderte sich ihre Reaktion je nach Helligkeit des Lichts. Wenn das Licht schwach war, neigten die jungen Lachse dazu, näher an die Quelle zu schwimmen, was eine milde Anziehung zeigte. Als das Licht heller wurde, versammelten sich mehr Fische in der Nähe, wobei ein Höhepunkt erreicht wurde, an dem die meisten Fische im beleuchteten Bereich beobachtet wurden. Sobald das Licht jedoch sehr hell wurde – insbesondere wenn die Helligkeit etwa 1.000 Lux überstieg, was in etwa der Intensität eines hellen bewölkten Tages oder eines gut beleuchteten Büros entspricht – kehrte sich das Verhalten um. Die Fische begannen, das Licht zu meiden, schwammen von der Quelle weg und blieben in den dunkleren Teilen des Beckens. Dieses Muster galt sowohl für die winzigen Larven als auch für die größeren Smolts. Obwohl die älteren Fische im Allgemeinen eine etwas stärkere Tendenz zeigten, sich in der Nähe des Lichts zu versammeln als die jüngeren, war die Form der Reaktion für beide Gruppen insgesamt gleich.

Dieser Befund deutet darauf hin, dass der Instinkt, hellem Licht auszuweichen, bereits sehr früh im Leben der Kiemenlachse vorhanden ist, lange bevor sie bereit sind, in den Ozean zu wandern. Die Studie zeigt, dass diese jungen Fische wahrscheinlich stark beleuchtete Bereiche meiden, um sich vor Fressfeinden zu verstecken oder um in sichereren, dunkleren Teilen des Flusses zu bleiben. Die Forschung klärt auch eine praktische Einschränkung für Erhaltungsmaßnahmen. Da die Fische bei den niedrigeren Intensitäten, die man zur Führung der Fische verwenden könnte, keine starke Anziehung zu weißem Licht zeigen, wird die Verwendung solcher Lichter, um die Larven zu einem sicheren Auslass zu ziehen, möglicherweise nicht gut funktionieren. Die Studie legt jedoch nahe, dass sehr helles weißes Licht für einen anderen Zweck nützlich sein könnte: die Fische von gefährlichen Einlassrohren fernzuhalten. Durch das Erzeugen einer Zone intensiver Helligkeit könnten Verwalter in der Lage sein, sowohl junge Larven als auch ältere Smolts davon abzuhalten, in die Maschinen einzudringen, die ihnen Schaden zufügen könnten.

Die Studie wurde in einem Tank durchgeführt, daher wurden komplexe Strömungen, Schatten oder das Vorhandensein von Fressfeinden, wie sie in einem echten Fluss vorkommen, nicht berücksichtigt. Zudem wurde nur weißes Licht getestet, was die Frage offen lässt, ob unterschiedliche Farben andere Effekte haben könnten. Dennoch liefern die Ergebnisse ein klares Bild davon, wie diese Fische ihre Welt wahrnehmen. Sie zeigen, dass das Verhalten von Kiemenlachsen kein einfacher Wechsel zwischen Suchen und Vermeiden von Licht ist, sondern eine nuancierte Reaktion, die einen Mittelpunkt erreicht und in Vermeidung umschlägt, wenn das Licht zu intensiv wird. Dieses Verständnis hilft Wissenschaftlern und Ingenieuren, bessere Systeme zu entwickeln, um diese Fische auf ihrem Weg durch die Flüsse ihrer Jugend zu schützen.