Farbkörperchen-Bewegung in den Zellen – Movement of chromatosomes in the chromatophores
english text is coloured blue
Die Farbkörperchen-Bewegung ist abhängig ob der Mechanismus dahinter funktioniert oder nicht, also ob die Chromatosomen sich entlang der Mikrotubuli in den Chromatophoren bewegen können oder nicht. Es gibt Mutationen die führen dazu, dass zum Beispiel die schwarzen Farbpartikel/Farbkörperchen/Chromatosomen = Melanosomen in der Zelle unbeweglich ausgebreitet sind und bleiben. Andererseits gibt es auch die Mutation, die das Gegenteil bewirkt, nämlich dass diese Melanosomen im Zellinneren unbeweglich fixiert sind (beide Mutationen vererben sich übrigens rezessiv).
Die schnelle Bewegungsfähigkeit der Chromatosomen in den Farbzellen, die kaum Licht durchlassen (schwarz/orange) hat die Funktion die inneren Organe vor zu viel UV-Strahlung zu schützen und um den Fisch in einer dunklen Umgebung schnell dunkler zu färben, dass er nicht so leicht als Beute sichtbar ist – sozusagen einer bessere Tarnfarbung gegenüber des dunklen Untergrundes hat. Wenn der Fisch in einer helleren Umgebung ist muss er sich heller färben. Über Hormone (Stresshormone) wird gesteuert, dass sich die Farbkörperchen in jeder einzelnen Farbzelle (schwarz, orange) zentrieren, dies tritt zum Beispiel auf wenn mehr Licht von unten und seitlich ins Auge der Medaka fällt. Die Hellerfärbung funktioniert auf die Schnelle gut darüber dass sich in Xanthophoren und Melanophoren die Farbkörperchen schnell zentrieren und dann somit der Rest der Zelle transparent wird. Bei langer Haltung in Gefäßen mit hellem Boden breiten sich dann die Leukosomen in den Leukophoren aus (jedoch deutlich langsamer als die Bewegung in den Melanophoren und Xanthophoren stattfindet), sodass der Fisch damit erstens mit der „Aufhellung/mehr Transparenz“ der dunklen Zellen heller wird und zweitens zusätzlich noch mit dem „weißer werden“ der weißen Farbzellen aufgehellt wird.
Neben der Tarnfärbung wird auch der Effekt der Erwärmung der Körpertemperatur durch Dunkelfärbung wissenschaftlich diskutiert. Mit kürzerer Sonnenscheindauer im Winter verstärkt sich die Färbung der dunkleren Farbtöne – das orange und schwarz wird intensiver und somit der Medaka dunkler. Bei den Xanthophoren (gelborangene Zellen) werden außer in den Chromatosomen (Xanthosomen) auch noch Farbstoffe in das Zellplasma aufgenommen. Die dunkleren Farbpartikel absorbieren ähnlich wie ein Sonnenkollektor damit mehr Strahlungswärme des Sonnenlichtes, was dem Medaka durch die Körpererwärmung nutzbare Energie gibt … und den Zierfischhalter im Frühling freut, wenn aus einem unscheinbar hellorangenem Jungfisch ein leuchtend oranger – fast rotoranger „Red King“ erwachsen ist – ganz ohne das Vorhandensein von Erythrophoren, den beim Medaka genauso nicht vorkommenden roten Farbzellen. (Die Cyanophoren, blau, gibt es auch nicht beim Medaka.
The movement of the coloured pigment inside the cells depends on the functionality of the underlying mechanisms, specifically whether the chromatosomes can move along the microtubuli within the chromatophores or not. Mutations can lead to situations where the black pigment particles—melanosomes—remain immobile and spread throughout the cell, or conversely, where these melanosomes are fixed immovably within the cell’s interior. Both mutations are inherited recessively. There are simular mutations for dysfunctioning of these mechanisms also in other chromatophores.
The rapid mobility of chromatosomes in the pigment cells that absorb light (black and orange) serves to protect internal organs from excessive UV radiation and allows the fish to darken swiftly in dim environments, enhancing camouflage against darker backgrounds. In brighter surroundings – reflected light from below and sideaways (e.g. in an aquarium or a pond with artificial white quartz sand), the fish lightens by concentrating the light absorbing pigment granules (black/orange) in the cells centers. This process is hormonally regulated, with stress hormones triggering the centripetal movement of chromatosomes in melanophores and xanthophores, leading to a lighter appearance, due to the transparency of the cells walls and plasma.
Conversely, in conditions, where the light comes only from above and no light is reflected into the fishs eyes from sideaways and below, the pigments disperse in each cell (melanophores and xanthophores), resulting in a darker coloration.
Extended exposure to environments with (reflected) light shining in the fishs eye from below and sideaways can cause leukosomes in leukophores to spread (much more slowlier than the mechanism in xanthophores and melanophores), contributing to a lighter overall coloration.
This change involves both the concentrating of melanophores and xanthophores and the spreading of leukosomes, enhancing the fish’s ability to blend into lighter backgrounds.
In addition to camouflage colouration, the effect of raising the body temperature by darkening of the body colour is also being scientifically discussed. With shorter sunshine hours in winter, the colouration of the darker colours intensifies – the orange and black become more intense, and thus the medaka becomes darker. In the xanthophores (yellow-orange cells), pigments are absorbed into the cell plasma in addition to the chromatosomes (xanthosomes). The darker coloured particles absorb more radiant heat from the sunlight, similar to a solar collector, which gives the medaka usable energy by warming its body… and delights the ornamental fish keeper in spring when an inconspicuous light orange juvenile had changed into a bright orange, almost reddish-orange „Red King“ – entirely without the presence of erythrophores, the red pigment cells that are also absent in medaka. (The blue cyanophores are also absent in medaka.)
Xanthophores (orange) and melanophores (black) with centrally concentrated chromatosomes.
Individual xanthophores are visible
An area with punctated patterns of melanophores (concentrated melanosomes).
Close-up of the head region showing orange pigment cells (xanthophores).
Die obigen Bilder zeigen ein Weibchen, welches Mitten in der Saison mal für ein paar wenige Tage in einem weißen Eimer zwischengehältert wurde. Die orangenen und schwarzen Farbpigmente in den jeweiligen Zellen haben sich jeweils im Zellinneren konzentriert. Weiße Zellen sind bei dem Weibchen nicht vorhanden.
The images above depict a female medaka temporarily housed in a white bucket for a few days, resulting in the central concentration of orange and black pigments within the cells. Notably, white pigment cells are absent in this specimen.
Unten folgen nun Bilder nachdem das Weibchen wieder im dunklen Bottich gehalten wurde.
The images below show the same female after beeing returned to a dark-walled tank.
Im Gegensatz zu den meisten anderen Fischen kommen die orangegelben Xanthophoren nicht nur auf den Schuppen vor, sondern auch darunter und in tieferen Gewebe. Durch entsprechende Überlagerung können somit intensiverer orangene Farben zustandekommen. Melanophoren (schwarz) und Leukophoren (weiß) kommen dahingehend quasi nur auf den Schuppen, bzw. in den äußeren Körperschichten vor. Xanthophoren sind deutlich kleiner als Melano-, oder Leukophoren. Anhand der obigen Bildbeispielen hier kann man dies gut sehen. Die orangenen Zellen lassen sich dadurch, dass sie in mehreren Schichten vorkommen (und kleiner sind als Melanophoren und Leukophoren) in der Outdoorfärbung (im dunklen Bottich gehalten) nicht so gut optisch abgrenzen wie in der Indoorfärbung/Schreckfärbung/Haltung im hellbewandeten Gefäß.
Unlike in many other fish, the orange-yellow xanthophores are present not only on the scales but also beneath them and in deeper tissues. This distribution allows for more intense orange hues through overlapping layers. Melanophores and leukophores are primarily found on the scales and outer body layers. Xanthophores are notably smaller than melanophores and leukophores, a distinction observable in the provided images. The orange cells’ overlapping layers and smaller size make them less distinguishable in darker environments compared to lighter ones.
For a visual demonstration of moving melanosomes within melanophores, refer to the following microscopy footage:
https://www.facebook.com/share/v/UvKgSSy9WxLV5LS2/?mibextid=KsPBc6 Hier sieht man sich bewegende Melanosomen in Melanophoren in einer Mikroskopaufnahme im Zellversuch.