Biologie 
Zitteraal: Das Tier mit dem eingebauten Taser
Am 18. März 1800 beschreibt der deutsche Naturforscher Alexander Humboldt, wie am Amazonas Zitteraale gefangen werden: Die Einheimischen treiben wilde Pferde und Maultiere ins Wasser, um die Aale aufzuscheuchen. Die fühlen sich bedroht, springen den Pferden an den Bauch und verabreichen ihnen starke Stromstöße – mehrere 100 Volt, wie man heute weiß. Die Pferde sind nicht tot, aber betäubt und einige ertrinken. Nach dem Tumult holen die Fischer die erschöpften Zitteraale nah am Ufer aus dem Wasser.
Diese Geschichte, die lange von der Wissenschaft bezweifelt wurde, stimmt tatsächlich. Vor einigen Jahren beobachtete Kenneth Catania von der Vanderbilt University bei Verhaltensexperimenten, dass Zitteraale tatsächlich aus dem Wasser schnellen und sich an einer größeren Beute festbeißen, sich an sie schmiegen oder um sie herumschlängeln, um ihr dann einen Elektroschock zu verpassen.
Wie der Biologe im Fachblatt „Current Biology“ mit Elektroden in Köderfischen zeigte, verstärkt der Aal so seinen betäubenden Schlag: Er bringt den Pluspol in seinem Kopf näher an den Minuspol im Schwanz heran. Das Opfer in der Mitte bekommt die doppelte Feldstärke ab.
Auch als eine Art Radar setzt der Zitteraal sein Elektroorgan ein. In den schlammigen Gewässern des Amazonasbeckens, wo die Sicht gleich null ist, schickt der Aal Stromstöße durch das Wasser, während er dahingleitet. Das löst bei den Fischen, die getroffen werden, Muskelkrämpfe aus, die kleine Wellen erzeugen. Und die nimmt der Zitteraal wahr, wie Catania belegen konnte.
Muskeln setzen den Generator in Gang
Doch so einfach ist die Sache nicht. Denn die kleinen Wellen, die von den krampfenden Fischen ausgehen, markieren den Punkt, an dem der Stromschlag die Beute zum ersten Mal traf. Danach nimmt die Strömung die Betäubten mit. Um die treibenden Opfer zu finden, hat der Aal spezielle Sensoren, die deren elektrische Spannung registrieren. Ohne diese Ortung, berichtet Catania im Fachblatt „Nature Communications“, würde der Aal an der falschen Stelle suchen.
Braucht der Aal seinen Taser, polarisiert er in seinem elektrischen Organ Tausende Zellen – Elektrozyten genannt – gleichzeitig. In den Elektrozyten konzentrieren sich abwechselnd Kalium- und Natriumionen, die hauchdünne Membranen voneinander trennen.
Auf der Jagd oder bei der Verteidigung werden die Elektrozyten durch Muskelbewegungen angeschaltet und die Membranen lassen die Ladungsträger durch, sodass der Strom fließen kann. Jeder Elektrozyt baut eine Spannung von 150 Millivolt auf, die sich zu mehreren 100 Volt aufsummieren.
Dieses Prinzip haben die Universitäten von Michigan und Fribourg vor einigen Jahren technisch umgesetzt und ein Zitteraal-Kraftwerk im 3-D-Druckverfahren nachgebaut. Zwei Kunststoffschichten mit weichen Hydrogelnoppen, in denen mal viel, mal kaum Salz gelöst war, erzeugten bei Kontakt bis zu 110 Volt, wie das Team um Max Shtein im Fachblatt „Nature“ berichtete.
Es gibt drei Arten
Eigentlich gehört der Zitteraal, wissenschaftlich Electrophorus, nicht zu den Aalen, sondern zu den südamerikanischen Neuwelt-Messerfischen. Lange dachte die Forschung, es gebe nur eine Spezies. Erst im Jahr 2019 lieferte ein Team um Erstautor David de Santana von der Smithsonian Institution im Fachblatt „Nature Communications“ Beweise dafür, dass es sich um drei genetisch unterschiedliche Arten handelt, die sich nur äußerlich ziemlich ähneln.
Zitteraale werden bis zu 2,50 Meter lang und sind weitgehend schuppenlos. Ihre lange Afterflosse, die fast über den ganzen Körper läuft, treibt sie in Wellenbewegungen vorwärts – lässt sie aber auch rückwärts schwimmen. Die Augen der Zitteraale sind sehr klein. Die Tiere schnappen im Schnitt alle 15 Minuten nach Luft und nehmen den Sauerstoff über ihre Mundschleimhaut auf. Die verbrauchte Luft wird über Kiemenschlitze abgelassen.
Während Electrophorus electricus im Bergland von Guyana lebt, kommt Electrophorus voltai in den Flüssen Brasiliens vor, die zum Amazonas hin entwässern. Beide Arten jagen in sauerstoffreichen Gewässern mit felsigem Grund, Stromschnellen und Wasserfällen. Electrophorus varii dagegen ist im Amazonastiefland zu Hause, mit seinen ruhigen, schlammigen und sauerstoffarmen Flüssen.
Das ist womöglich auch der Grund, warum die drei Arten unterschiedlich hohe Spannungen erzeugen, glaubt David de Santana. In den schlecht leitenden Gewässern im Hochland müssen die Kraftwerke von Electrophorus voltai mit 860 Volt mehr bringen als die seiner gleich großen Verwandten in den gut leitenden, trägen Flüssen des Tieflands, wo 600 Volt reichen.
Eine ganze Jagdgesellschaft
Und noch etwas hat De Santana vor Kurzem beobachtet: Zitteraale sind offenbar keine Einzelgänger, wie lange vermutet, sondern sie machen gemeinsame Sache. In einem kleinen See im Amazonasbecken entdeckten die Forscher über 100 ausgewachsene Exemplare, die tagsüber und nachts am Grund dösten und nur zum Luftschnappen nach oben kamen. In der Abend- und Morgendämmerung begannen die Aale dann in einem großen Kreis zu schwimmen und Tausende kleine Fische zusammenzutreiben in flacheres Wasser.
Dort lösten sich bis zu zehn Zitteraale aus der Gruppe und traktierten den umzingelten Schwarm mit aufeinander abgestimmten Stromschlägen, schreiben die Biologen im Fachblatt „Ecology & Evolution“. Einige der angegriffenen Fische wurden von ihren Muskelkrämpfen aus dem Wasser geschleudert.
Danach machte sich die Jagdgesellschaft über die gelähmten Opfer her. Jeder Fischzug dauerte eine Stunde mit fünf bis sieben Hochspannungsangriffen, die theoretisch bis zu 8600 Volt freisetzen konnten. Wie die Aale dabei kommunizieren, wissen die Experten noch nicht.
Die gewaltigen Energien, mit denen die Aale operieren, haben außerdem eine ganz andere Wirkung: Sie verändern das Erbgut der Getroffenen. Das haben gerade japanische Forscher von der Nagoya University herausgefunden. Eiichi Hondo und Atsuo Iida überlegten sich: Wenn Elektrizität in einem Fluss fließt, dann müsste das eigentlich Auswirkungen auf Zellen von Organismen in der Nähe haben.
Eingriff in die Evolution
Der Effekt, der dahintersteckt, heißt Elektroporation und wird seit über 40 Jahren in den Labors weltweit eingesetzt: Man benutzt kurze elektrische Pulse, um Poren in der Hülle von Zellen zu öffnen, durch die zum Beispiel Erbsubstanz – DNA oder RNA – eingeschleust wird.
Warum sollte das nicht auch in der Natur passieren, wenn Zitteraale das Wasser unter Strom setzen?, fragten sich die beiden Wissenschaftler. Also nahmen sie junge Zebrafische und gaben sie in eine DNA-Lösung mit einem Marker, der die Tiere leuchten ließ, wenn sie DNA aus der Lösung aufgenommen hatten.
Dann brachten die Forscher einen Zitteraal im gleichen Becken dazu, Elektroschocks zu verteilen. Ergebnis: Bei fünf Prozent der Fischlarven ließ sich hinterher ein Gentransfer nachweisen, wie Eiichi Hondo und Atsuo Iida im Fachblatt „PeerJ“ ausführen.
Obwohl die Spannung, die von den Zitteraalen stammt, nicht so gleichmäßig ist wie die aus der Labormaschine bei der Elektroporation, demonstriere das Experiment, dass auch in der Natur fremde Gene, die frei herumschwimmen, in ein bestehendes Erbgut eingebaut werden können, schlussfolgern die Forscher. „Zitteraale und andere Wesen, die Elektrizität erzeugen, greifen also in das evolutionäre Geschehen ein.“
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Dieser Artikel stammt aus der RHEINPFALZ am SONNTAG, der Wochenzeitung der RHEINPFALZ. Digital lesen Sie die vollständige Ausgabe bereits samstags im E-Paper in der RHEINPFALZ-App (Android, iOS). Sonntags ab 5 Uhr erhalten Sie dort eine aktualisierte Version mit den Nachrichten vom Samstag aus der Pfalz, Deutschland und der Welt sowie besonders ausführlich vom Sport.