Natur und Labor

Zebrafisch, © Robert Beke, flickr.com
 

Ein Film-Beispiel einer Haltung von Wildtyp-Zebrafischen.

 

Der natürliche Lebensraum von Zebrafischen sind langsam fliessende, flache Gewässer mit Vegetation.

Dazu ein Film-Beispiel.

 

 

 

Literatur Fisch-Bibliothek >>

Rey, S., Huntingford, F.A., Boltana, S., Vargas, R., Knowles, T.G., Mackenzie, S., 2015. Fish can show emotional fever: stress-induced hyperthermia in zebrafish. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences 282.

Zusammenfassung Fischbibliothek >>

 

Kistler, C., Hegglin, D., Würbel, H., König, B., 2011. Preference for structured environment in zebrafish (Danio rerio) and checker barbs (Puntius oligolepis). Appl. Anim. Behav. Sci. 135, 318-327.

Zusammenfassung Fischbibliothek >>

 

In der Fisch-Bibliothek können weitere Artikel zu den Zebrafischen herausgefiltert werden.

 

 

 

Literatur zu wilden Zebrafischen >>

Suriyampola, P.S., Shelton, D.S., Shukla, R., Roy, T., Bhat, A., Martins, E.P., 2016. Zebrafish Social Behavior in the Wild. Zebrafish 13, 1-8. (abstract)

 

Parichy, D.M., 2015. Advancing biology through a deeper understanding of zebrafish ecology and evolution. Elife 4. (abstract)

 

Arunachalam, M., Raja, M., Vijayakumar, C., Malaiammal, P., Mayden, R.L., 2013. Natural History of Zebrafish (Danio rerio) in India. Zebrafish 10, 1-14 (abstract)

 

Engeszer, R.E. et al., 2007. Zebrafish in the Wild: A Review of Natural History and New Notes from the Field. Zebrafish 4, 21-40. (abstract)

 

McClure, M.M. et al., 2006. Notes on the natural diet and habitat of eight danionin fishes, including the zebrafish Danio rerio. J. Fish Biol. 69, 553-570. (abstract)

 

Hutter, S. et al., 2010. Reproductive behaviour of wild zebrafish (Danio rerio) in large tanks. Behaviour 147, 641-660.
(Dieser Artikel behandelt das Fortpflanzungsverhalten unter halbnatürlichen Bedingungen und ist hier zusammengefasst und kommentiert.)

 

Spence, R. et al., 2008. The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio. Biol. Rev. 83, 13-34. (abstract)

 

Spence, R.et al., 2007. Diet, growth and recruitment of wild zebrafish in Bangladesh. J. Fish Biol. 71, 304-309. (abstract)

 

Spence, R. et al., 2006. The distribution and habitat preferences of the zebrafish in Bangladesh. J. Fish Biol. 69, 1435-1448. (abstract)

 

 

 

Übersichtsartikel

Graham, C., von Keyserlingk, M.A.G., Franks, B., 2018. Zebrafish welfare: Natural history, social motivation and behaviour. Appl. Anim. Behav. Sci. 200, 13-22. (abstract)

 

Lidster, K., Readman, G.D., Prescott, M.J., Owen, S.F., 2017. International survey on the use and welfare of zebrafish Danio rerio in research. Journal of Fish Biology 90, 1891-1905. (abstract)

 

Reed, B., Jennings, M., 2010. Guidance on the housing and care of Zebrafish (Danio rerio), www.rspca.org.uk.

 

Lawrence, C., 2007. The husbandry of zebrafish (Danio rerio): A review. Aquaculture 269, 1-20. (abstract)

 

 

 

Literatur zu Zebrafischen als Tiermodell >>

Ofelio, C., Cariani, A., Trentini, M., Guarniero, I., 2012. Novel PCR-based assay for rapid identification of Red Fluorescent Proteins in GloFish and GloFish x wildtype zebrafish (Danio rerio) hybrids. Ital. J. Zoolog. 79, 541-546 (abstract).

 

Cortemeglia, C., Beitinger, T.L., 2005. Temperature tolerances of wild-type and red transgenic zebra danios. Trans. Am. Fish. Soc. 134, 1431-1437 (abstract).

 

Bradbury, J., 2004. Small fish, big science. PLoS. Biol. 2, 568-572.

Vascotto, S.G., Beckham, Y., Kelly, G.M., 1997. The zebrafish's swim to fame as an experimental model in biology. Biochemistry and Cell Biology-Biochimie Et Biologie Cellulaire 75, 479-485.


Genetik

Howe, K., et al., 2013. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature, 567-572.

 

Coe, T.S., Hamilton, P.B., Griffiths, A.M., Hodgson, D.J., Wahab, M.A., Tyler, C.R., 2009. Genetic variation in strains of zebrafish (Danio rerio) and the implications for ecotoxicology studies. Ecotoxicology 18, 144-150.

Haffter, P. et al., 1996. The identification of genes with unique and essential functions in the development of the zebrafish, Danio rerio. Development 123, 1-36.

 

 

Zebrafisch
 

Zebrafisch (Danio rerio)

Der Zebrafisch wird schon seit einiger Zeit als Tiermodell in der Forschung genutzt. Als solches wird er auch in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen, vor allem in der biomedizinischen Grundlagenforschung. Sein Genom ist entziffert und es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Stämmen, darunter auch genetisch veränderte Linien. Trotz seiner breiten Verwendung gibt es erstaunlich wenige Studien über sein natürliches Vorkommen und Verhalten.

 

Taxonomie, Merkmale und Verbreitung >>

Taxonomie
Zebrafische sind Süsswasserfische und gehören zur Familie der Karpfenfische (Cyprinidae).

Merkmale
Zebrafische sind eher kleine Fische. Wilde Zebrafische sind mit 18mm (stehende Gewässer) bis 27mm (fliessende Gewässer) kleiner als Zebrafische aus dem Labor, die zwischen 30 bis 40mm gross werden. Sie besitzen ein charakteristisches Farbmuster aus blau-weissen Streifen. Weibchen und Männchen sind gleich gefärbt, wobei die Männchen etwas grössere Analflossen mit einer gelblichen Färbung aufweisen.

 

In Aquarien aufgezogene die Zebrafische erreichten im Durchschnitt ein Alter von 3.5 Jahren, im Maximum ein Alter von gut fünf Jahre. Als ein Merkmal des Alterungsprozesses wiesen diese Fische eine deformierte Wirbelsäule auf, was bei wilden Zebrafischen bisher nicht beobachtet wurde. Es wird angenommen, dass wilde Zebrafische nur selten älter als ein Jahr werden.

Verbreitung
Zebrafische kommen auf den indischen Subkontinent in Bangladesh, Indien und Nepal sowie in Myanmar und Pakistan vor. Erstmals wurde die Fischart im Ganges-Delta gefunden.

 

 

 

Lebensraum >>

Die Lebensräume, die von Zebrafische besiedelt werden, sind flache (ca. 10 bis 100cm) Gewässer. Sie reichen von stehenden Gewässern wie Teiche über klare, langsam fliessende Gewässer (4cm/s) über schneller fliessende Bäche oder Flüsschen (18 cm/s). Auch Reisfelder und Bewässerungsgräben werden besiedelt, wo aufgrund der Düngung viel Zooplankton hat und weniger Feinde leben.

 

Die Bodensubstrate sind je nach Gewässer schlammig, teilweise lehmig, kiesig, steinig. Typisch für einen guten Zebrafisch-Lebensraum ist überhängende Vegetation am Ufer und Pflanzenbewuchs im Wasser. Die Zebrafische nutzen die ganze Wassersäule, d.h. vom Boden bis in die obersten Bereiche des Gewässers. Vorzugsweise halten sie sich in den mit Pflanzen bewachsenen Bereichen, teilweise aber auch in den offeneren Bereichen auf.

 

Die Temperaturen der Gewässer bewegen sich im natürlichen Verbreitungsgebiet der Zebrafische zwischen 6 Grad im Winter und 38 Grad im Sommer, der pH bewegt sich zwischen 6.2 und 9.8

 

Feinde
Zebrafische haben eine Vielzahl potentieller Feinde, so z. B. Schlangenkopffische (Channa spp.), den Süsswasser-Hornhecht (Xenentodon cancila), den Asiatischen Fähnchen-Messerfisch (Notopterus notopterus), die asiatische Wasserschlange (Xenochropis piscator), möglicherweise auch nachaktive Welse und Vögel wie den Paddyreiher (Ardeola grayii) oder den Eisvogel (Alcedo atthis). Libellenlarven, die auch häufig in Reisfeldern vorkommen, sind möglicherweise bedeutende Räuber von jungen Zebrafischen.

 

Laborstudien haben gezeigt, dass Zebrafische auf (natürliche und künstliche) Räuber mit Schreckreaktionen reagieren und diese auch über Zeit beibehalten.

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Ernährung >>

Zebrafische haben ein breites Nahrungsspektrum. Ihre Nahrung besteht hauptsächlich aus Zooplankton und Insekten, zu einem kleineren Teil aus Nematoden, Phytoplankton, Algen und Teilen von Gefässpflanzen, aber auch aus anorganischem Material. Unter den Insekten machen aquatische Insekten sowie aquatisch lebende Larven von landlebenden Insekten den Hauptanteil aus. Bei letzteren sind dies während des Monsuns (Juni bis August) vor allem Larven von Zweiflüglern (Diptera). Der Anteil der einzelnen Futterkategorien kann variieren, was wahrscheinlich saisonbedingt ist.

Die Analyse der Nahrungskomponenten zeigt weiter, dass Zebrafische in der ganzen Wassersäule nach Nahrung suchen. Sie nehmen schwebendes Zooplankton auf, suchen aber auch im Substrat nach Nahrung. Zudem finden sich auch Bestandteile von Futter, dass seinen Ursprung an Land hat. Dies wiederum deutet darauf hin, dass Zebrafische vielfach auch nahe oder an der Wasseroberfläche Nahrung aufnehmen.

Domestizierte Zebrafische wachsen schneller aufgrund konstanter Temperaturen und Futtergabe im Aquarium. Dies führt möglicherweise zu einer künstlichen Selektion Richtung für schnelles Wachstum und frühe Fortpflanzung.

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Sozialleben >>

Zebrafische sind soziale Tiere. Sie leben in Gruppen von wenigen bis mehreren Hundert Individuen. In diesen Gruppen entstehen individuelle Beziehungen. Diese können beobachtet werden, wenn die Fische Schwärme bilden, Dominanzhierarchien etablieren, sie sich fortpflanzen oder ihr Laichterritorium verteidigen.

 

Sowohl die Art des Gewässers als auch der Feinddruck können die Gruppengrösse bzw. die Tendenz Schwärme zu bilden sowie die Körpergrösse und das Ausmass an aggressivem Verhalten beeinflussen. In einer Untersuchung in vier verschiedenen Gewässern in Indien hat sich gezeigt, dass in stehenden, ruhigen Gewässern mit hohem Feinddruck die Zebrafische wenig aggressive Gruppen von ca. 2 Dutzend Individuen, in langsam fliessenden Gewässern hingegen kleinere, lose organisiert, aggressivere Gruppen von 6-7 Individuen bilden. In den schneller fliessenden Gewässern bildeten sie grosse Gruppen von bis zu 300 Individuen (Suriyampola 2016).

 

Zebrafische nutzen für die innerartliche Kommunikation optische Informationen wie Körperform, Streifenmuster und Färbung der Artgenossen. Aufgrund von Studien im Freiland nimmt man an, dass Zebrafische eine einjährige Art sind. In Gefangenschaft können sie jedoch älter werden.

 

Fortpflanzung

Der Zeitpunkt des Ablaichens wilder Zebrafische scheint an die wärmere Saison zwischen April und August gebunden zu sein. Die Hauptlaichzeit beginnt kurz bevor der Monsun einsetzt. Die Geschlechtsreife der Zebrafische hängt eher von der Grösse als vom Alter ab.

 

Mit Beginn der Regenzeit migrieren erwachsene Zebrafische für die Fortpflanzung in die temporär entstehenden Flüsschen und in die nahen, überfluteten Gebiete und Reisfelder. Dabei zeigen die männlichen und weiblichen Zebrafische arttypische Verhaltensweisen wie beispielsweise einander umkreisen, hinterher schwimmen (Männchen), vor dem Kopf hin- und herschwimmen (Männchen). Im Pflanzenbewuchs von seichten Stellen im stehenden Wasser wird wiederholt abgelaicht. Laichplätze werden gegen Artgenossen von Männchen und Weibchen verteidigt.

 

Die Fischlarven und Jungtiere bleiben vorerst in diesen saisonalen Lebensräumen. Wenn das Wasser zurückweicht, migrieren die Jungfische in die grösseren Gewässer.

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Einsatz Forschung >>

Der Zebrafisch ist zu einer äusserst wichtigen Modelltierart in der biomedizinischen und neurologischen Forschung geworden, vergleichbar mit der Labormaus. In den letzten 30 Jahren wurde enorm viel Information zur Biologie des Zebrafisches zusammengetragen, allerdings mit einem bestimmten Fokus. So weiss man zwar viel zur Genetik, zu molekularen und zellulären Vorgänge, zur Embryogenese und Neurologie von Zebrafischen, aber wenig über seine Bedürfnisse in einer Aquarienhaltung.

 

Voraussetzungen
Der Zebrafisch ist so beliebt bei den Forschern, weil er sich sehr schnell fortpflanzt und eine grosse Anzahl Nachwuchs erzeugt. Bis zu 300 Eier kann ein Weibchen pro Woche ablaichen. Die Entwicklung vom Embryo zur Larve verläuft rasant. Bereits zwei Tagen nach der Befruchtung ist die Larve entwickelt und schlüpft aus dem Ei. Nach fünf Tagen ist der Eidottervorrat aufgebraucht und die Larve beginnt, selber Nahrung zu suchen und aufzunehmen und entwickelt sich zum Jungtier. Bereits nach 100 Tagen ist der Nachwuchs geschlechtsreif.


Sowohl das Ei als auch die Larve des Zebrafisches sind durchsichtig. Dies war ein wichtiger Grund, warum sich diese Fischart sehr schnell zu einem der wichtigsten Tiermodelle entwickelt hat. Diese anatomische Spezialität erlaubt es den Forschenden, die einzelnen Reifungs- und Wachstumsschritte einfach zu beobachten und mikroskopisch zu untersuchen. Zudem können Mutationen (Veränderungen im Erbgut) erkannt und Entwicklungsprozesse beeinflusst werden.

Archivierung von Mutationen
Es gibt tausende verschiedener Zebrafischstämme, die unterschiedliche Gendefekte aufweisen. Unzählige Larven mit Mutationen wurden künstlich erzeugt und anschliessend auf ihre Tauglichkeit für die weitere Forschung geprüft. Diese Arbeiten wurden in einer Spezialausgabe des Fachmagazins "Development" 1996 publiziert (siehe Literatur). An diesen Mutanten werden die unterschiedlichsten Krankheiten erforscht.

 

Genom sequenziert

Auch die Genforschung arbeitet seit Jahren intensiv mit dem Zebrafisch, um die Funktion der Gene bei Wirbeltieren zu studieren. 2001 startete ein internationales Projekt zur Sequenzierung des Zebrafischgenoms. Seit 2013 ist das gesamte Genom sequenziert und es stehen 26'000 Gene für Analysen zur Verfügung. Bei 70% der Gene gibt es ein Gegenstück im Genom des Menschen. Man geht davon aus, dass diese Gene die gleiche Funktion in Fisch und Mensch haben. Mit diesem vergleichenden Ansatz werden nun genetisch bedingte Krankheiten beim Menschen erforscht.

 

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Glo-Fish® - der leuchtende Zebrafisch >>

Diese genetisch veränderten Zebrafische wurden ursprünglich für die Forschung entwickelt, um verschiedene genetische und molekulare Prozesse zu studieren sowie für den Einsatz in der Toxikologie. Dazu wurde ein zuvor isoliertes Gen der Qualle Aqueous victoria in Zebrafischembryonen eingeschleust. Das Gen codiert für ein grün fluoreszierendes Protein (GFP). Damit kann die Qualle bei Bedarf natürlicherweise selber Licht (Biolumineszenz) erzeugen. Wird das Gen im transgenen Embryo aktiviert, leuchten die Tiere unter normalem Licht grün. UV-Licht verstärkt den Effekt zusätzlich. Rot und gelb fluoreszierende Varianten sind dazu gekommen. Auch beim Medaka, einem anderen häufig genutzten Laborfisch, gibt es leuchtende Varianten (Ofelio et al 2012).

Die so erhaltenen Zebrafischlinien sind sehr stabil. Das heisst, das veränderte Gen wird an die Nachkommen weitervererbt, so dass auch diese leuchten. Das macht die Leuchtfische natürlich interessant für den Aquaristikmarkt, der für ausgefallene Züchtungen sehr empfänglich ist. Für die Kommerzialisierung wurde diese Züchtung unter der Handelsmarke Glo-Fish® patentiert. Mittlerweile sind andere Arten und noch weitere Farben hinzugekommen.

In der Schweiz verboten!
Im Gegensatz zu den USA oder Ländern in Südostasien ist es in Europa und auch in der Schweiz verboten, genetisch veränderte Tiere zu kommerziellen Zwecken zu handeln oder privat zu halten. Leuchtende Zebrafische werden dennoch immer wieder entdeckt und beschlagnahmt. Aquarienfische werden auch immer wieder ausgesetzt. In den USA sind freilebende Zebrafische in mehreren Staaten entdeckt worden. Daher muss damit gerechnet werden, dass auch transgene Züchtungen im Freiland auftauchen. Allerdings wird vermutet, dass Zebrafische nur in eher wärmeren Gewässern in südlichen Staaten der USA überleben können (Cortemeglia 2005).

Ethisch betrachtet, ist die Zucht von Leuchtfischen für die Aquaristik äusserst bedenklich. Diese Art der Zucht stellt eine massive Instrumentalisierung der Tiere dar.