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

Vissen die in rivieren leven, staan voor een constante uitdaging: hoe ze veilig door een wereld kunnen bewegen die vaak wordt geblokkeerd door door de mens gemaakte structuren. Dammen en stuwen, gebouwd om water vast te houden voor energieopwekking of irrigatie, fungeren als muren die vissen tegenhouden bij het stroomopwaarts zwemmen. Om hen te helpen passeren, bouwen ingenieurs speciale kanalen die vispassages worden genoemd. Maar terwijl deze kanalen vissen helpen om omhoog te gaan, is de weg naar beneden vaak gevaarlijker. De enorme buizen die water naar de turbines voeren, kunnen werken als gigantische stofzuigers, die jonge vissen opzuigen en doden. Om dit op te lossen, onderzoeken wetenschappers of licht kan worden gebruikt om deze jonge vissen weg te leiden van het gevaar. Veel dieren, waaronder vissen, hebben een instinctieve reactie op licht die fototaxis wordt genoemd. Dit is simpelweg de neiging om naar een lichtbron toe te zwemmen of er juist van weg te zwemmen. Decennialang hebben onderzoekers zich afgevraagd of ze dit instinct konden gebruiken om jonge zalm weg te sturen van gevaarlijke inlaatopeningen en naar veilige uitgangen, maar het antwoord hangt sterk af van hoe de vissen reageren op verschillende helderheidsniveaus en hoe hun gedrag verandert naarmate ze groeien van piepkleine visjes naar grotere juveniele vissen.

In een recente studie heeft een onderzoeker genaamd Keishi Matsuda de opdracht genomen om precies te testen hoe jonge kouszalm, een soort die essentieel is voor de visserij in Japan, reageert op licht. Het doel was om te zien of deze vissen, op de leeftijd waarop ze in het wild worden uitgezet, naar wit licht zouden zwemmen of het zouden vermijden, en of dit gedrag veranderde naarmate ze groeiden. Het experiment vond plaats in een gecontroleerde binnenbak in een onderzoekstation in Nikko. De bak was ontworpen om een rivier met een zachte stroming na te bootsen, en de wanden waren afgedekt om buitenkomend licht te blokkeren. Binnen plaatste de onderzoeker een rij witte LED-lampen aan één uiteinde. Vervolgens introduceerde hij honderd jonge zalm, elk ongeveer zo groot als een kleine vinger, in de bak. Deze vissen waren nog niet volledig volgroeid; ze bevonden zich in een fase vlak voordat ze van nature aan hun reis stroomafwaarts naar de oceaan zouden beginnen.

De onderzoeker zette de lichten niet alleen aan en uit. In plaats daarvan creëerde hij een zorgvuldige sequentie van helderheidsniveaus, beginnend bij totale duisternis en waarbij de intensiteit langzaam werd verhoogd naar niveaus die veel helderder zijn dan een typische kamer. De vissen mochten vrij rondzwemmen, en camera's registreerden waar ze heen gingen. Het team telde hoeveel vissen zich bij elk helderheidsniveau nabij de lichten verzamelden. Ze vergeleken deze resultaten met gegevens uit een eerdere studie die exact dezelfde methode gebruikte, maar met iets oudere, grotere zalm die bekend staat als smolt. Dit maakte een directe vergelijking mogelijk van hoe de vissen zich gedroegen in twee verschillende stadia van hun vroege leven.

De resultaten onthulden dat de vissen niet simpelweg naar het licht toe of ervan af zwommen in een rechte lijn. In plaats daarvan veranderde hun reactie afhankelijk van hoe helder het licht was. Wanneer het licht zwak was, hadden de jonge zalm de neiging om dichter bij de bron te zwemmen, wat een milde aantrekking toonde. Naarmate het licht helderder werd, verzamelden meer vissen zich nabij het licht, waarbij een piek werd bereikt waarbij de meeste vissen in het verlichte gebied werden waargenomen. Echter, zodastaan het licht zeer fel werd — speciflijk wanneer de helderheid ongeveer 1.000 lux overschreed, wat ongeveer de intensiteit is van een heldere bewolkte dag of een goed verlicht kantoor — sloeg het gedrag om. De vissen begonnen het licht te vermijden en zwommen weg van de bron naar de donkere delen van de bak. Dit patroon bleef ook gelden voor zowel de piepkleine visjes als de grotere smolt. Hoewel de oudere vissen over het algemeen een iets sterkere neiging vertoonden om zich bij het licht te verzamelen dan de jongere vissen, was de algemene vorm van de respons hetzelfde voor beide groepen.

Deze bevinding suggereert dat de instinctieve reactie om fel licht te vermijden al heel vroeg in het leven van de kouszalm aanwezig is, lang voordat ze klaar zijn om naar de oceaan te migreren. De studie geeft aan dat deze jonge vissen waarschijnlijk sterk verlichte gebieden vermijden om zich te verschuilen voor roofdieren of om in veiligere, donkere delen van de rivier te blijven. Het onderzoek verduidelijkt ook een praktische beperking voor natuurbehoudsinspanningen. Omdat de vissen geen sterke aantrekking vertonen tot wit licht bij de lagere intensiteiten die gebruikt zouden kunnen worden om hen te begeleiden, zal het gebruik van dergelijke lichten om visjes naar een veilige uitgang te trekken mogelijk niet goed werken. De studie suggereert echter dat zeer fel wit licht nuttig zou kunnen zijn voor een ander doel: de vissen weg te houden van gevaarlijke inlaatbuizen. Door een zone van intense helderheid te creëren, kunnen beheerders proberen zowel jonge visjes als oudere smolt af te schrikken van het binnengaan van de machines die hen schade kunnen toebrengen.

De studie werd uitgevoerd in een tank, waardoor er geen rekening is gehouden met de complexe stromingen, schaduwen of de aanwezigheid van roofdieren die in een echte rivier voorkomen. Er is ook alleen wit licht getest, wat de vraag open laat of verschillende kleuren andere effecten zouden kunnen hebben. Desalniettemin geven de resultaten een duidelijk beeld van hoe deze vissen hun wereld waarnemen. Ze laten zien dat het gedrag van kouszalm geen eenvoudige schakelaar is tussen zoeken en vermijden, maar een genuanceerde reactie die een piek bereikt bij een middengrond en omslaat in vermijding wanneer het licht te intens wordt. Dit begrip helpt wetenschappers en ingenieurs bij het ontwerpen van betere systemen om deze vissen te beschermen terwijl ze door de rivieren van hun jeugd navigeren.