Schützenfisch

Kognition - Komplexes Lernverhalten bei Fischen

Mit kognitivem Lernen ist eine komplexe Form der Informationsverarbeitung gemeint sowie die Rolle, die sie im Verhalten der Tiere spielt. Mit dieser Art von Lernleistung lernen Tiere das Verhalten nicht schrittweise, sondern spielen "in Gedanken" das Verhalten durch und führen es dann als gesamtes aus.

Definition von Kognition

Als Kognition bezeichnet man Mechanismen, durch die Tiere Informationen aus ihrer Umwelt aufnehmen, verarbeiten, speichern, aber auch aktiv werden. Diese Mechanismen schliessen Wahrnehmung, Lernen, Erinnerung und Entscheidungsfindung ein.“ (nach Shettleworth, 2010).
 

Einsichtiges Lernen

Mit kognitivem Lernen ist also eine komplexe Form der Informationsverarbeitung gemeint sowie die Rolle, die sie im Verhalten der Tiere spielt. Mit dieser Art von Lernleistung lernen Tiere das Verhalten nicht schrittweise, sondern spielen "in Gedanken" das Verhalten durch und führen es dann als gesamtes aus. Kognitive Leistungen dienen dem Tier dazu, Erkenntnisse in Bezug auf seine Umwelt, aber auch auf sich selbst zu gewinnen.

Die Fähigkeit des kognitiven Lernens ist die Basis dafür, dass Tiere flexibel auf ihre soziales Umfeld und ihre Lebensumwelt reagieren können. Die Forschung hat gezeigt, dass auch Fische eine geistige Vorstellung (mental map) davon haben, wie sich ihr soziales Umfeld zusammensetzt und wie ihr Lebensraum aussieht. Sie registrieren Veränderung in ihrem Umfeld sehr genau und können daraus Informationen ziehen und darauf reagieren. Sie sind fähig, Entscheidungen zu treffen, zu planen und sich mit neuen Situationen zurechtzufinden.

Die Umweltbedingungen im Lebensraum der Fische ändern sich immer wieder. Lern- und Erinnerungsvermögen bietet daher den Fischen die nötige Flexibilität, damit sie sich in ihrer Umwelt zurechtzufinden. Ihre Informationen beziehen sie aus verschiedenen Quellen ihrer Umgebung. Sie registrieren, wie die Strukturen in ihrer Umgebung zueinander positioniert sind, sie merken sich spezielle Orientierungspunkte oder Gerüche. Ein Beispiel für die Orientierung via Geruch sind die weiten Wanderungen der Lachse, die vom Geburtsort im Fluss ins Meer wandern und zum Laichen zielgenau wieder zurück zum Geburtsort in den Fluss aufsteigen.

Beispiele für kognitive Leistungen von Fischen

Die Anzahl belegter Beispiele für die kognitiven Fähigkeiten von Fischen, die mit denjenigen von Säugetieren vergleichbar sind, steigt laufend an. Hier nur einige interessante Beispiele:

Fische manipulieren ihre Umgebung sehr gezielt. Viele Fischarten bauen Nester, um darin Eier zu legen oder sich vor Feinden zu schützen. Der Goldstirn-Kieferfisch (Opistognathus aurifrons) ist bekannt für seine raffinierte Bautätigkeit. Er gräbt zuerst eine Grube und baut darin eine Art Stützmauer aus herangeschleppten Steinen, die er vorher sorgfältig aussucht und auch mal auswechselt, wenn sie nicht passen. Die Grube wird vertieft und mit der Zeit entsteht unterhalb der Mauer eine Höhle, die nur durch die schmale Öffnung in der Mauer zugänglich ist.

Fische, die in Gruppen oder in Schwärmen leben, können Artgenossen individuell unterscheiden. Sie können auch den sozialen Status von Artgenossen einschätzen.

Schützenfische (Toxotes jaculatrix) können menschliche Gesichter unterscheiden. Wie die Forscherinnen für ihre Studie das natürliche Jagdverhalten der Schützenfische genutzt haben, ist in dieser Zusammenfassung in der Bibliothek zu lesen (s. auch weiter unten den Abschnitt zum Werkzeuggebrauch).

Soziales Lernen

Fische geben Informationen über Laichplätze, Rastplätze oder Migrationsrouten an Artgenossen weiter. Sie lernen von Artgenossen, was sie essen oder vermeiden sollen. Erfahrene Fische geben unerfahrenen Fischen weiter, wie sie sich gegenüber Feinden verhalten sollen. Gewisse gruppenlebende Fische sammeln auch Informationen über die Beziehung von anderen Gruppenmitgliedern untereinander und verhalten sich entsprechend dieser Informationen.

Beispielsweise kann sich der Blaue Sonnenbarsch (Lepomis macrochirus) daran erinnern, mit welchem Artgenossen er erfolgreich zusammen gejagt hat. Er nutzt diese Information, indem er es zukünftig vermeidet, mit den weniger erfolgreichen Artgenossen zu jagen.

Verschiedene Arten jagen gemeinsam nach Beute

Fische jagen gemeinsam, d.h. sie müssen Informationen austauschen und miteinander kommunizieren. Es kommt sogar vor, dass verschiedene Arten bei der Futtersuche zusammenspannen. Es wurde beispielsweise beobachtet, dass Riesenmuränen (Gymnothorax javanicus) und Rotmeer-Forellenbarsche (Plectropomus pessuliferus) in Korallenriffen gemeinsam jagen (siehe Video unten). Weil die Beutefische sich in den Höhlen der Korallen verstecken, sind sie für den Forellenbarsch nicht erreichbar, für die Muräne hingegen schon. Der Forellenbarsch signalisiert nun mit einem speziellen Verhalten der Muräne, dass er jagen möchte und führt sie dahin, wo sich die Beute versteckt. Beide profitieren gegenseitig von ihren jeweiligen Jagdfähigkeiten und können dadurch ihren Jagderfolg verbesser.

Dasselbe Verhalten wurde beim Grossen Blauen Kraken beobachtet, der mit verschiedenen Fischarten zusammen jagt. Die Zusammenfassung der Studie von Bayley et al. (2020) dazu ist in der Bibliothek zu lesen.

Gemeinsame Jagd der Riesenmuränen (Gymnothorax javanicus) und Rotmeer-Forellenbarsche (Plectropomus pessuliferus) im Korallenrif (mit Erklärungen vom Wissenschaftler auf Englisch).

Einsatz von Werkzeugen

Bekannt ist, dass Schimpansen Steine nutzen, um harte Nussschalen aufzubrechen. Oder dass Neukaledonische Krähen aus Blättern eine Art Zahnstocher mit Häkchen zurechtzupfen, so dass sie damit Insekten aus Ritzen herausholen können. Tatsächlich nutzen nicht nur Primaten und Vögel Werzeuge, um an Nahrung zu kommen. Das Verhalten wurde auch bei Fischen beobachtet.

Der Einsatz von Werkzeug kann beschrieben werden als "aktive Manipulation eines Objekts, um damit ein Ziel zu erreichen" (Brown 2012). Das Ziel im Fall der Nahrungsaufnahme wäre demzufolge die begehrte Nahrungsressource.

Interessanterweise stammen bei Fische bisher viele Beispiele von Werzeugeeinsatz aus der Familie der Lippfische (Labridae). Verschiedene Arten hat man dabei beobachten können, wie sie Felsen als Ambosse einsetzten, um Muscheln zu öffnen. Die Ansammlung von Muschelschalen bei diesen Felsen deuteten darauf hin, dass die Fische diese jeweils gezielt aufsuchten, da sie sich für den Zweck speziell gut eigneten (siehe Video unten). Andere Lippfische schmettern Muscheln oder Seeigel gegen Korallen, damit sie ans weiche Fleisch herankommen.

Eine interessante Beobachtung stammt aus einem Aquarium, in dem ein Hardwicks Lippfisch (Thalassoma hardwicke) gehalten wurde. Was er mit dem Futter anstellte, das er erhielt, kann in der Zusammenfassung in der Bibliothek nachgelesen werden.

Südamerikanische Buntbarsche der Gattung Aequidens sowie der Gemalte Schwielenwels (Hoplosternum thoracatum) legen ihre Eier auf Blätter, die sie die Eier bei Bedarf gut transportieren und in Sicherheit bringen können. Dieses einfachere Beispiel zeigt, dass sich der Werkzeuggebrauch unter anderem aus dem Bauen von Nestern entwickelt haben könnte.

Schützenfische (Toxotes sp.) setzten gezielt Wasser ein, um an Beutetiere zu kommen. Mit einem Wasserstrahl schiessen sie Beutetiere wie Insekten ab, die auf der Ufervegetation sitzen. Verschiedene Studien zeigen, wie lernfähig diese Fische sind: Sie passen den Winkel des Schusses an (den sie unter der Wasseroberflache ausstossen), könnten die Grösse der Beute abschätzen und die Stärke des Wasserstrahls anpassen.

Auch Fadenfische (Trichogaster sp.) setzen das Wasser spucken zum Nahrungserwerb ein. Näheres zu diesem Verhalten beim Zwerfadenfisch (Trichogaster lalius) ist in dieser Zusammenfassung in der Bibliothek nachzulesen.

Drückerfischen (Balistidae) und Rochen (Elasmobranchia) nutzen ebenfalls Wasser um an Nahrung zu kommen. Drückerfische pusten mit Wasserstrahlen auf Seesterne, so dass diese auf den Rücken zu liegen kommen, wo sie verletztlicher sind (Brown 2012).

Stechrochen (Potamotrygon falkneri) wiederum lernten in einer Aufgabe, mit Wasser Futter aus einer Röhre zu spülen (Kuba 2010).

Der Lippfische benutzt den Felsen als Amboss, um die Muschel zu öffnen (Bernardi 2012).

Putzerlippfische

Ein interessantes Beispiel für soziale Intelligenz findet man beim Gemeinen Putzerlippfische (Labroides dimidiatus). Die Putzerlippfische leben in Korallenriffen und unterhalten Putzstationen, an denen sich die Riffbewohner Parasiten und abgestorbene Haut entfernen lassen können.

Der einzelne Putzerlippfisch kennt seine Kundschaft genau und weiss, ob es ein ständiger Kunde ist oder ob er nur vorübergehend in der Gegend ist. Er erkennt auch, ob der Kunde ein Raubfisch ist oder nicht. Da die Dienstleister einen Ruf als guter Putzer zu verlieren haben, müssen sie ihre Arbeit gut machen.

Dennoch mogeln sie manchmal und beissen dem Kunden etwas Haut ab (Schuppen und der Hautschleim sind eine wertvolle Nahrungsquelle). Ist ihr Kunde ein Raubfisch, sind sie damit jedoch sehr zurückhaltend. Haben sie einen Kunden mit einem Biss ins Schuppenkleid verärgert, schwimmen sie ihm nach und beschwichtigen ihn, indem sie ihm eine Rückenmassage verpassen. Diese Beschwichtigungs-Verhalten setzen sie auch ein, um eine Beziehung zum Kunden aufzubauen oder wenn sie gefährliche Kundschaft wie Raubfische haben.

Das Beispiel zeigt, dass die Putzerlippfische andere Fische individuell erkennen und sie auch kategorisieren können.

Mehr Informationen zu Putzerlippfischen und ihrer ökologischen Rolle sind hier nachzulesen: "Wellness im Ozean" (pdf)

Weitere Informationen

Zu diesen ausgewählten Publikationen zu den kognitiven Fähgkeiten von Fischen sind deutsche Zusammenfassungen in der Bibliothek zu lesen:

Spieglein, Spieglein – Und sie erkennen sich doch
Kohda et al., 2022

"Wenn der Krake mit dem Fisch" (mit Video über das gemeinsame Jagen von Krake und Fischen).
Bayley, D.T.I., Rose, A., 2020.

"Spieglein, Spieglein – Haben Fische ein Selbstbewusstsein?"
Kohda, M., et al., 2019.

"Der Schreck lässt nicht nach – Langzeitgedächtnis bei Putzerfischen"
Triki, Z., Bshary, R., Goymann, W., 2019.

Fische nutzen Felsen als Ambosse
Pasko, L., 2010

Literatur

Salena, M. G., Turko, A. J., Singh, A., Pathak, A., Hughes, E., Brown, C., & Balshine, S. (2021). Understanding fish cognition: a review and appraisal of current practices. Anim Cogn, 24, 395–406. (abstract)
Bayley, D. T. I., & Rose, A. (2020). Multi-species co-operative hunting behaviour in a remote Indian Ocean reef system. Marine And Freshwater Behaviour And Physiology, 1-8. (abstract)
Lagisz, M., Zidar, J., Nakagawa, S., Neville, V., Sorato, E., Paul, E. S., et al. (2020). Optimism, pessimism and judgement bias in animals: A systematic review and meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev, 118, 3-17. (abstract)
Sneddon, L. U., Brown, C., Johnson, S. M., Fenton, A., & Shriver, A. (2020). Mental Capacities of Fishes. In Neuroethics and Nonhuman Animals (S. 53-71). Cham: Springer International Publishing. (abstract)
Kohda, M., Hotta, T., Takeyama, T., Awata, S., Tanaka, H., . Y. Asai, J., & Jordan, A. L. (2019). If a fish can pass the mark test, what are the implications for consciousness and self-awareness testing in animals?. Plos Biol, 17, e3000021. (abstract)
Triki, Z., Bshary, R., & Goymann, W. (2019). Long‐term memory retention in a wild fish species Labroides dimidiatus eleven months after an aversive event. Ethology, 00, 1-5. (abstract)
Pouca, C. V., & Brown, C. (2017). Contemporary topics in fish cognition and behaviour. Current Opinion In Behavioral Sciences, 16, 46-52. (abstract)
Pouca, C. V., & Brown, C. (2017). Contemporary topics in fish cognition and behaviour. Current Opinion In Behavioral Sciences, 16, 46-52. (abstract)
Newport, C., Wallis, G., Reshitnyk, Y., & Siebeck, U. E. (2016). Discrimination of human faces by archerfish (Toxotes chatareus). Scientific Reports, 6, 27523.
Bshary, R., & Brown, C. (2014). Fish cognition. Current Biology, 24, R947-R950. (abstract)
Bernardi, G. (2012). The use of tools by wrasses (Labridae). Coral Reefs, 31, 39-39. (abstract)
Brown, C. (2012). Tool use in fishes. Fish And Fisheries, 13, 105-115. (abstract)
Brown, C., Laland, K., Krause, J., Brown, C., Laland, K., & Krause, J. (2011). Fish cognition and behavior. (2nd Aufl.). In (2nd Aufl.). Blackwell Publishing Ltd.
Kuba, M. J., Byrne, R. A., & Burghardt, G. M. (2010). A new method for studying problem solving and tool use in stingrays (Potamotrygon castexi). Animal Cognition, 13, 507-513. (abstract)
Shettleworth, S. J. (2010). Cognition, Evolution, and Behavior (Bd. 2nd ed). In (Bd. 2nd ed). Oxford: Oxford University Press.
Bshary, R., Hohner, A., Ait-El-Djoudi, K., & Fricke, H. (2006). Interspecific communicative and coordinated hunting between groupers and giant moray eels in the Red Sea. Plos Biology, 4, 2393-2398. (abstract)
Odling-Smee, L., & Braithwaite, V. A. (2003). The role of learning in fish orientation. Fish And Fisheries, 4, 235-246. (abstract)
Broglio, C., Rodriguez, F., & Salas, C. (2003). Spatial cognition and its neural basis in teleost fishes. Fish And Fisheries, 4, 247-255.
Bshary, R., Wickler, W., & Fricke, H. (2002). Fish cognition: a primate’s eye view. Animal Cognition, 5, 1-13.
Bshary, R., & Wurth, M. (2001). Cleaner fish Labroides dimidiatus manipulate client reef fish by providing tactile stimulation. Proceedings Of The Royal Society B-Biological Sciences, 268, 1495-1501.
Shettleworth, S. J. (2001). Animal cognition and animal behaviour. Animal Behaviour, 61, 277-286. (abstract)
Dugatkin, L. A., & Wilson, D. S. (1992). The prerequisites for strategic behavior in bluegill sunfish, Lepomis macrochirus. Animal Behaviour, 44, 223-230. (abstract)
Colin, P. L. (1973). Burrowing Behavior of the Yellowhead Jawfish, Opistognathus aurifrons. Copeia, 1, 84-90.