Eens werd gedacht dat het slechts motoren waren, kunnen vinnen vissen helpen hun omgeving te voelen
Lang werd gedacht dat visvinnen alleen voor beweging waren, maar een nieuwe studie van ronde grondels (Neogobius melanostomus, een getoond) suggereert dat ze verschillen in textuur kunnen voelen.
Visvinnen zijn niet alleen om in te zwemmen. Het zijn ook voelsprieten. De vinnen van ronde grondels kunnen texturen detecteren met een gevoeligheid die vergelijkbaar is met die van de kussentjes op de vingers van apen, rapporteren onderzoekers 3 november in de Journal of Experimental Biology.
In vergelijking met landrotten is er weinig bekend over de tastzin van waterdieren. En voor vissen, “dachten we vroeger alleen aan vinnen als motorische structuren”, zegt Adam Hardy, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Chicago. “Maar het wordt steeds duidelijker dat vinnen een belangrijke sensorische rol spelen.” Het bestuderen van die sensorische rollen kan wijzen op manieren om de natuur na te bootsen voor robotica en een venster bieden op de evolutie van aanraking.
De pas ontdekte parallellen tussen primaten en vissen suggereren dat ledematen die fysieke krachten voelen al vroeg naar voren kwamen, voordat splitsingen in de evolutionaire boom van gewervelde dieren leidden tot dieren met vinnen, armen en benen, zegt Melina Hale, een neurobioloog en biomechanicus ook aan de Universiteit van Chicago. “Deze mogelijkheden ontstonden ongelooflijk vroeg en vormden misschien de weg voor wat we nu met onze handen kunnen doen en wat vissen kunnen doen met hun vinnen in termen van aanraking.”
Hardy en Hale maten de activiteit van zenuwen in de vinnen van op de bodem levende ronde grondels (Neogobius melanostomus) om een idee te krijgen van wat vissen leren over textuur van hun vinnen. In het wild strijken ronde grondels tegen het bodemoppervlak en rusten daar op hun grote borstvinnen. “Ze zijn erg geschikt om dit soort vragen te testen”, zegt Hardy.
Werkend met vinnen van zes geëuthanaseerde grondels, registreerden de onderzoekers elektrische pieken van hun zenuwen als een hobbelige plastic ring die aan een motor was bevestigd en lichtjes boven elke vin rolde. Een zoutoplossing zorgt ervoor dat de zenuwen blijven functioneren zoals ze zouden doen als de zenuwen in een levende vis zouden zitten, zegt Hardy. Verschillende tussenafstanden van oneffenheden verschaften informatie over het bereik van de ruwheid die de vinnen konden detecteren, met smallere afstanden die de textuur van grof zand nabootsten en grotere spleten die een ruwheid op de schaal van kiezelstenen produceerden.
De periodieke patronen van neurale spikes kwamen overeen met de afstanden van richels. Dichter bij elkaar geplaatste richels produceerden meer frequente sets spikes, terwijl grotere ruimtes minder frequente uitbarstingen van elektrische activiteit produceerden. Deze signalen varieerden ook met de snelheid van de roterende ring. Samen suggereren deze resultaten dat grondelvinnen reageren op de verschillende texturen die ze tegenkomen. Het “vermogen van de vinnen om heel fijne details waar te nemen … was indrukwekkend”, zegt Hale. Deze spijkerpatronen waren vergelijkbaar met die van andere onderzoekers tijdens tests op de vingerkussentjes van apen. “Het meest verrassende waren de overeenkomsten tussen primaten en vissen”, ook al zijn de ledematen en de omgeving van deze dieren een wereld apart, zegt ze.
Hale en Hardy gaan door met het bestuderen van verschillende soorten sensorcellen in vinnen en hun opstelling. En met de enorme diversiteit aan vissen, zou het bestuderen van vissen uit andere habitats, inclusief diegenen die meer tijd doorbrengen met zwemmen, kunnen onthullen hoe vaak dergelijke gevoelsvinnen zijn, zegt Hardy.
Het bestuderen van visvinnen zou ook kunnen leiden tot nieuwe ontwerpen voor robots die onder water zwemmen en voelen en die gebieden kunnen verkennen die anders moeilijk te bereiken zouden zijn voor mensen. Over het algemeen zijn robots typisch ontworpen om afzonderlijke onderdelen te hebben voor het creëren van beweging en detectie, maar “biologie zet sensoren op alles”, zegt Simon Sponberg, een biofysicus bij de Georgia Tech in Atlanta.
Van visvinnen tot zoogdierpoten tot insectenvleugels, dieren gebruiken dergelijke onderdelen voor beweging en detectie, zegt Sponberg. “Het lijkt er nu op dat veel dieren hun hand kunnen uitsteken en hun omgeving kunnen aanraken en dezelfde soort informatie kunnen krijgen als wanneer we onze handen tegen een oppervlak strijken.”