Das Gedächtnis von Fischen beträgt nicht nur mehr als 7 Sekunden, manche Fische verfügen möglicherweise auch über ein prähistorisches Gedächtnis

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Im Leben hören wir oft, wie Freunde scherzhaft sagen, sie seien wie ein Fisch mit einem 7-Sekunden-Gedächtnis, und sich darüber beklagen, dass sie ein schlechtes Gedächtnis haben.

Stimmt es jedoch, dass das Gedächtnis von Fischen nur 7 Sekunden beträgt? Die Fischbabys sagten: Wir tragen dafür keine Schuld!

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Fische haben tatsächlich ein sehr langes Gedächtnis

Neben der in unserem Land verbreiteten Redensart, dass Fische nur ein Gedächtnis von 7 Sekunden haben, gibt es im Ausland auch die Redensart, dass es einen „Fisch mit 3 Sekunden Gedächtnis“ gibt. Wie lange hält also das Gedächtnis von Fischen an?

Bereits 1965 erforschten Wissenschaftler aus den USA das Gedächtnis von Goldfischen. Die Forscher strahlten zunächst ein helles Licht von einem Ende des Aquariums aus und versetzten den Goldfischen dann an diesem Ende Elektroschocks.

Nach mehrmaliger Wiederholung dieses Trainings erinnerte sich der Goldfisch bald an den Stimulationszyklus „Licht-Elektroschock“. Wenn das Licht erneut ausgestrahlt wird, flüchtet der Goldfisch schnell auf die andere Seite des Aquariums. Forscher fanden heraus, dass sich Goldfische bis zu einem Monat lang an das Verhaltensmuster „Lichtvermeidung“ erinnern können.

Außer bei Goldfischen fanden die Forscher durch die „Licht-Nahrung“-Stimulationsmethode auch beim Modellorganismus Zebrafisch ähnliche Ergebnisse. Darüber hinaus stellten Wissenschaftler später fest, dass in Gefangenschaft gehaltene Fische die Erinnerung an Fütterungsreize bis zu mehreren Jahren behalten können.

Tatsächlich ist es so: Wenn Sie die Zierfische in den Teichen an landschaftlich reizvollen Orten genau beobachten, werden Sie feststellen, dass sie, sobald sich jemand nähert, schnell herüberschwimmen, Blasen machen und versuchen, an Futter zu kommen. Auch hierbei handelt es sich um eine Erinnerung unter der Stimulation durch Nahrung.

Fische haben nicht nur ein langes Gedächtnis, sondern können auch an die nächste Generation weitergegeben werden

Ein in Nature Communications veröffentlichtes Forschungsergebnis hat das Verständnis der Menschen auf den Kopf gestellt. Wissenschaftler der University of Otago in Neuseeland haben durch Forschungen an Zebrafischen herausgefunden, dass das epigenetische Gedächtnis von Zebrafischen durch die Erhaltung der DNA-Methylierung kontinuierlich an die Nachkommen vererbt werden kann.

Kurz gesagt, das Gedächtnis des Fisches kann an die nächste Generation oder sogar an mehrere Generationen weitergegeben werden.

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Frühere Studien haben gezeigt, dass neben „genetischen“ Faktoren, die unser Gedächtnis regulieren, auch die Epigenetik eng mit Lernen und Gedächtnis zusammenhängt.

Unter Epigenetik versteht man vererbbare chemische Veränderungen, die ohne Veränderung des genetischen Materials DNA auftreten. Dazu gehören hauptsächlich DNA-Methylierungsmodifikationen, Histonmodifikationen usw. Wenn diese Veränderungen in Gameten auftreten, werden sie an die Nachkommen weitergegeben.

Die von den Nachkommen erworbenen epigenetischen Modifikationen (einschließlich DNA-Methylierung, Histonmodifikation usw.) reagieren häufig auf Ereignisse (Reize), die ihre Eltern (oder Vorfahren vor mehreren Generationen) erlebt haben. Dieses Phänomen wird auch als epigenetisches Gedächtnis bezeichnet.

Insbesondere sind die Nachkommen in der Lage, sich an Ereignisse zu erinnern und „generationsübergreifend“ auf sie zu reagieren, die ihren Eltern widerfahren sind, sie selbst jedoch nicht erlebt haben.

So entdeckten Wissenschaftler der Universität Tel Aviv im Jahr 2016, dass Fadenwürmer, die Hunger erlebten, die „Erinnerung“ an den Hungertod durch kleine RNA an ihre Nachkommen weitergeben. Die Forscher stellten fest, dass die nächste Generation von Fadenwürmern zwar keinen „Hungertod“ erlebte, sich aber im Voraus auf den Hungertod vorbereiten konnte.

Bei diesem Gedächtnistyp handelt es sich meist um eine epigenetische Veränderung der Umweltbedingungen, insbesondere widriger Umweltfaktoren, durch die Eltern, die ihren Nachkommen zu einem besseren Überleben verhilft.

Wie geben Zebrafische Erinnerungen an ihre Nachkommen weiter?

Als eine der wichtigsten Möglichkeiten der epigenetischen Modifikation bezeichnet die DNA-Methylierung die kovalente Bindung einer Methylgruppe an ein DNA-Nukleotid (wie etwa das 5-Kohlenstoffatom von Cytosin) durch ein spezifisches Enzym (DNA-Methyltransferase), ohne die DNA-Sequenz zu verändern, wodurch die Konformation der DNA verändert und die gegenseitige Bindung der großen Furche und des Proteins in der DNA-Doppelhelixstruktur verhindert wird.

Aufgrund ihrer wichtigen Rolle bei der Regulierung der Genexpression wird die DNA-Methylierungsmodifikation auch als „Fußnote“ der DNA-Bibel bezeichnet.

In früheren Studien haben Wissenschaftler herausgefunden, dass diese Art der DNA-Methylierungsänderung bei Säugetieren (einschließlich Menschen) nicht stabil an die nächste Generation vererbt wird, sondern dass stattdessen nach der Befruchtung ein großflächiges „Methylierungslöschungsphänomen“ auftritt.

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Im Vergleich zum Methylierungsgrad in Spermien und Eizellen ist der Methylierungsgrad der DNA in Embryonen stark reduziert und es kommt im gesamten Genom zu einer großflächigen Löschung der DNA-Methylierung. Während der weiteren Entwicklung der Nachkommen steigt der DNA-Methylierungsgrad aufgrund veränderter Umweltbedingungen wieder an und es kommt zum Prozess der „(elterlichen) Löschung der DNA-Methylierung – (der Nachkommen) Rekonstruktion der DNA-Methylierung“.

In einer Studie über Zebrafische analysierten Forscher die DNA-Methylierungsgrade während der Keimbahnentwicklung von Zebrafischen mithilfe einer Bisulfit-Gesamtgenomsequenzierung mit geringer Abdeckung. Die Ergebnisse zeigten, dass es bei Zebrafischen während der Keimbahnentwicklung nicht zu einer genomweiten DNA-Methylierungsdeletion kommt wie bei Säugetieren. DNA-Methylierungsereignisse bei Zebrafischen können an die nächste oder sogar an nachfolgende Generationen vererbt werden.

Das heißt, bei Fischen (zumindest bei Zebrafischen) scheint es so zu sein, dass Erinnerungen durch die Übertragung der DNA-Methylierung an die Nachkommen weitergegeben werden können, was den Zebrafischen helfen könnte, sich besser an Veränderungen in der Umwelt anzupassen.

Sagen Sie also nicht mehr, dass das Gedächtnis eines Fisches nur 7 Sekunden beträgt. Die Fische, die Sie sehen, verfügen möglicherweise noch über prähistorische Erinnerungen!

Quellen:

Oscar Ortega-Recalde, Robert C. Day, Neil J. Gemmell, Timothy A. Hore. Zebrafische bewahren die globale Keimbahn-DNA-Methylierung, während geschlechtsgebundene rDNA während der Feminisierung amplifiziert und demethyliert wird. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10894-7

Guo, H., Zhu, P., Yan, L., Li, R., Hu, B., Lian, Y., ... & Jin, X. (2014). Die DNA-Methylierungslandschaft menschlicher früher Embryonen. Nature, 511(7511), 606.

Houri-Ze'evi, L., Korem, Y., Sheftel, H., Faigenbloom, L., Toker, IA, Dagan, Y., ... & Rechavi, O. (2016). Ein einstellbarer Mechanismus bestimmt die Dauer der transgenerationalen Vererbung kleiner RNAs in C. elegans. Cell, 165(1), 88-99.