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Ein Artikel von Dr. Michael Stiboller – Chemiker und Wissenschaftler.
Leidenschaftlicher Karpfenangler und Inhaber der Firma BAITSHOP

Eine chemische Perspektive über das wie und was Karpfen stimuliert

11 Minuten Lesezeit

Ein Köder ist ein wichtiger Bestandteil im großen Puzzle des Karpfenangelns und eines der am heißesten diskutierten Thema unter Karpfenanglern. Der Karpfen (Cyprinus carpio), bekannt als Allesfresser, akzeptiert auf Grund seines omnivoren Charakters ein breites Spektrum an tierischer und pflanzlicher Nahrung. Seit jeher haben sich Angler diese Eigenschaft in der Auswahl oder eigenen Herstellung ihrer Köder erfolgreich zu Nutze gemacht. Unzählige Karpfen wurden und werden weiterhin in den unterschiedlichsten Gewässern mit den verschiedensten Arten von Ködern, sei es eine einfache Kartoffel oder Brot, Lebendfutter wie Würmer und Maden, verschiedene Partikel, Pellets, Teig, Boilies und vielem mehr, überlistet. Doch was steckt dahinter? Wie spürt der Karpfen seine Nahrung auf, unterscheidet Fressbares von nicht Fressbarem und was bedeutet dies vor allem für die Zusammenstellung und Anwendung eines Köders? Antworten auf diese Fragen, unter Berücksichtigung einer chemischen Sichtweise, sollen ein Grundverständnis über das WIE und WAS Karpfen stimuliert vermitteln.

Chemorezeption: die Wahrnehmung von Stoffen

Fische besitzen ein sensorisches System bestehend aus mehreren Sinnesorganen, die Reize aus ihrer Umgebung wahrnehmen und im Zusammenspiel entscheidend für ihr (Über)leben in ihrem Habitat – Wasser – sind. Dabei verlassen sich Fische auf verschiedene Sinneswahrnehmungen, wie das Sehen, Hören, Erkennen von Strömungen, Vibrationen und Bewegungen, sowie das Wahrnehmen von Druck, elektrischer und magnetischer Felder. Fressen und Fortpflanzung sind grundlegende Funktionen, die das Überleben eines einzelnen Fisches und seiner Art sichern. Dafür nutzen Fische ihr ältestes sensorisches System, den chemischen Sinn.

Generell wird der chemische Sinn in Lebewesen auch als Chemorezeption bezeichnet und beschreibt das Wahrnehmen eines chemischen Signals (Reiz oder Stimulus) aus der Umwelt durch spezialisierte Zellen, den sogenannten Chemorezeptoren. Man kann sich einen Chemorezeptor vereinfacht als eine Art Detektor vorstellen, der auf bestimmte chemische Signale, wie in Wasser gelöste oder in Luft transportierte Stoffe, in seiner Umgebung reagiert. Als Beispiel: Geruchs- und Geschmackszellen sind solche Chemorezeptoren.

Das chemosensorische System von Fischen, einschließlich das des Karpfens, umfasst für gewöhnlich drei Sinne: Geruch (olfaktorische Wahrnehmung), Geschmack (gustatorische Wahrnehmung) und den allgemeinen chemischen Sinn. Alle drei haben eines gemeinsam: Stimulation durch chemische Stoffe.

Olfaktorische & gustatorische Wahrnehmung: Wie Karpfen riechen und schmecken

Das olfaktorische Organ ist eine gepaarte Struktur und sitzt beim Karpfen auf der zum Maul zugewandten Rückseite des Kopfes auf Höhe der Augen. Wasser strömt über eine Eingangsöffnung in die olfaktorische Kammer. Am Boden dieser Kammer befindet sich eine aus Lamellen aufgebaute Rosette. Die Lamellen sind mit einer Epithelschicht überzogen. In dieser Schicht eingebettet befinden sich die olfaktorischen Rezeptoren, die für die Wahrnehmung der chemischen Stoffe verantwortlich sind. Über eine Ausgangsöffnung strömt das Wasser wieder aus der Kammer heraus. Unterstützt wird das Ein- und Ausströmen durch einen Ventilationssack, der als eine Art Blasebalg funktioniert, damit ein kontinuierlicher Fluss in und aus dem olfaktorischen Organ gewährleistet ist.

Die Geschmacksknospen bilden die strukturelle Basis des Geschmacksorgans des Karpfens. Eingebettet in der Epithelschicht, befinden sich diese hauptsächlich auf den Barteln, Lippen, in der Mundhöhle, dem Rachenraum, den Kiemen, Flossen und weiteren Stellen wie der Unterseite des Kopfes. Die Geschmacksknospen stehen durch winzige Öffnungen mit der Umgebung in Kontakt. Dadurch können einerseits im Wasser gelöste Stoffe und anderserseits an der Oberfläche mit Wasser umhüllte Stoffe durch direkten Kontakt detektiert werden.

Schlüssel-Schloss-Prinzip: Wenn die Chemie des Köders nicht stimmt, kann der Karpfen ihn nicht wahrnehmen

Die Geruchs- und Geschmackszellen werden nur durch bestimmte Stoffe angesprochen. Diese Spezifität wird durch die molekulare Struktur eines Stoffes definiert. Liegt der chemisch „falsche“ Stoff vor, wird dieser von den Geruchs- und Geschmackssinneszellen des Karpfens nicht erkannt. Diese Eigenschaft kann man sich vereinfacht als Schlüssel-Schloss-Prinzip vorstellen. Der chemische Stoff fungiert als Schlüssel, während eine Sinneszelle das dazugehörige Schloss darstellt. Jeder weiß, nur mit einem passenden Schlüssel kann man ein Schloss entsperren. Der falsche oder nur die kleinste Veränderung am Schlüssel, lässt einen vor verschlossenen Türen zurück. Aus diesem Grund erkennen Karpfen und andere Fische nur einige wenige Stoffe bzw. Stoffgruppen, die Nahrung signalisieren und eine Such-Fressreaktion auslösen können. Diese Spezialisierung sichert einem Fisch sein Überleben. Würde ein Fisch ein sehr breites, unspezifisches Spektrum an Stoffen erkennen können, dann würde das Auffinden von Nahrung beträchtlich erschwert und im Extremfall sogar unmöglich werden, da ein Fisch seine natürliche Nahrung nicht mehr von seiner Umgebung unterscheiden kann.
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Abbildung 1: Vereinfachte Funktionsweise eines Chemorezeptors: Schlüssel-Schloss-Prinzip

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Fress-Stimulatoren: Wann Karpfen Hunger kriegen

Bindet ein Chemorezeptor einen chemischen Stoff, wird diese Information in ein Erregungssignal verarbeitet und zum Gehirn weitergeleitet. Dies beeinflusst in weiterer Folge das Verhalten des Fisches. Der Geruchs- und Geschmackssinn des Karpfens nimmt eine zentrale Rolle beim Fressen ein. Wird ein mit Nahrung assoziierter chemischer Reiz wahrgenommen, initiiert dies die Nahrungssuche und setzt eine feste Sequenz an Verhaltensmustern in Gang: (1) Erregung, (2) Suche und (3) Aufnahme der Nahrung. Der Geruchssinn (Fernsinn) ist vor allem in den ersten Phasen Erregung und Suche beteiligt, wohingegen der Geschmackssinn (Nahsinn), obwohl er auch intensiv in der Suche involviert ist, eine entscheidende Rolle bei der Aufnahme der Nahrung spielt. Wahre Fress-Stimulatoren lassen beim Karpfen so richtig die Essensglocke läuten. Hingegen sind Stoffe, die einen Karpfen nur in Erregung versetzen, keine Fress-Stimulatoren.

Konzentrationsgradient & Schwellenkonzentration: Was das Fass zum Überlaufen bringt

Mitentscheidend für die Wahrnehmung eines Stoffes ist dessen Konzentration. Damit ein Stoff wahrgenommen werden kann, muss dieser in einer bestimmten Konzentration vorliegen. Diese minimale Konzentration wird auch als Schwellenkonzentration bezeichnet. Die Chemorezeptoren des Karpfens scannen ununterbrochen die wässrige Umgebung. Wird ein Stoff über deren Schwellenkonzentrationen wahrgenommen, befindet sich der Karpfen in Erregung und wird in weiterer Folge versuchen, ihre Quelle zu finden. Dabei orientiert sich der Karpfen am vorliegenden Konzentrationsgradienten, der zur Quelle hin zunimmt. Ein besonderes Merkmal von chemischen Reizen ist deren Langlebigkeit. Im Gegensatz zu optischen, mechanischen, akustischen, oder elektrischen Reizen, bleiben chemische Reize nach ihrer Entstehung, sofern sie sich nicht chemisch verändern, erhalten. So kann ein Karpfen ohne große Probleme ein Tubifexfeld tief im Schlamm orten, und wenn einmal gefunden, diese kleinen nahrhaften Proteinbomben von nicht fressbaren Objekten unterscheiden.
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Abbildung 2: Struktur des Wassermoleküls

Der olfaktorische Unterschied von Land- und Wasserlebewesen: Warum Menschen anders ticken als Karpfen

Was macht den chemischen Sinn von Fischen so besonders? Die Antwort auf diese Frage beinhaltet auch, welche grundlegenden Eigenschaften ein chemischer Stoff haben muss, damit er überhaupt eine Such- und Fressreaktion auslösen kann, und für uns Angler als Attraktor in Frage kommt. Da die Nahrungssuche im Wasser stattfindet, bestimmt das einfache polare Wassermolekül die chemischen Eigenschaften eines Stoffes, der für einen Fisch als potentieller chemischer Stimulus dienen kann.

Im Gegensatz zu Landlebewesen, wo chemische Reize durch die Luft übertragen werden, müssen für Fische Stoffe leicht im Wasser transportierbar und somit löslich sein. Daher sind wasserlösliche, nicht flüchtige Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht die wichtigsten in der Chemorezeption von Fischen, wenn es um das Fressen geht. Die genannten Stoffeigenschaften spielen eine wichtige Rolle. Von noch größerer Bedeutung ist aber, dass ein Karpfen einen geeigneten Chemorezeptor für einen Stoff haben MUSS, damit er überhaupt wahrgenommen werden kann. Wird ein Karpfen mit einem wasserlöslichen Stoff, der oben genannte Eigenschaften aufweist, konfrontiert, bedeutet dies nicht automatisch, dass dieser Stoff einen Such- und Fressreiz auslösen wird. Im Vergleich zu anderen Fischarten besitzt der Karpfen nur eine sehr kleine Anzahl an unterschiedlichen Chemorezeptoren in seinem olfataktorischen und gustatorischen Organ. Somit existieren nur einige wenige geeignete Stoffe, die wirklich Nahrung signalisieren. Einfach ausgedrückt: „Die Chemie muss stimmen!“

Aminosäuren: DIE Fress-Stimulatoren beim Karpfen

Welche Stoffe stimulieren nun die Nahrungssuche und das Fressen beim Karpfen? Wenn man sich Organismen, die auch als Nahrung für die Karpfen dienen, im aquatischen Lebensraum ansieht, wird man feststellen, dass Proteine im Vergleich zu anderen Inhaltsstoffen (exklusive Wasser) den größten Anteil ausmachen. Die grundlegenden Bausteine von Proteinen sind Aminosäuren, die struktur- und funktionsgebend sind. In der Chemorezeption von Fischen nehmen freie Aminosäuren eine fundamentale Rolle ein und sind die wichtigsten chemischen Reize zur Stimulation der Nahrungssuche. Keine andere Stoffklasse zeigt annähend die gleiche Wirkung wie Aminosäuren. Aminosäuren sind also die wahren Fress-Stimulatoren.

Die Struktur von Aminosäuren ist entscheidend für die effektive Bindung an einen Chemorezeptor. L-α-Aminosäuren (L beschreibt die Stereochemie der Aminosäure und α die Position der Aminogruppe relativ zum Kohlenstoffatom der Carboxygruppe) binden bevorzugt an olfaktorische und gustatorische Chemorezeptoren in Fischen. Ionische Formen der Amino- und Carbonsäuregruppen und ein freies Wasserstoffatom (H) am α-Kohlenstoffatom unterstützen die Stimulation. Kleinste strukturelle Veränderungen an der Amino- oder Carbonsäuregruppe verringern die Stimulation entscheidend oder löschen diese sogar aus. Durch verschiedene chemische Reste (R) am α-Kohlenstoffatom können verschiedene Aminosäuren unterschieden und anhand ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften klassifiziert werden. Generell sind für Fische Aminosäuren mit unverzweigten und ungeladenen Seitenketten besonders attraktiv.

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Abbildung 3: Grundstruktur von α-Aminosäuren. Charakteristisch für α-Aminosäuren sind die Carbonsäuregruppe (-COOH; rechts) und die Aminogruppe (-NH2; links). Der Rest (R) am α-C Atom unterscheidet verschiedene Aminosäuren. Das freie Wasserstoffatom (H) am α-C ist mitentscheidend für die Bindung an einen Chemorezeptor beim Karpfen.

“Chemie. Biologie. Karpfen. Alles hängt zusammen und nur wenn man die Materie versteht, versteht man ihr Fressverhalten.”

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Abbildung 4: Beispiele an natürlich vorkommenden sauren, basichen, kurzkettig-neutralen und lankettig- neutralen Aminosäuren. Der „chemische“ und strukturelle Unterschied ist an den Resten der Seitenketten am α-C-Atom ersichtlich.

Gustatorischen Wahrnehmung: Sind alle Fische gleich?

Erkennen alle Fische die gleichen Aminosäuren? Das olfaktorische Organ bei Fischen reagiert unabhängig von der Spezies auf ein breites Spektrum an Aminosäuren. Bisher wurden vier relativ voneinander unabhängige L-α-Aminosäure-Rezeptoren für (1) saure, (2) basische, (3) kurzkettig-neutrale und (4) langkettig-neutrale Aminosäuren im olfaktorischen Organ von Fischen identifiziert.

In der gustatorischen Wahrnehmung von Aminosäuren hingegen sind Unterschiede abhängig von der Fischspezies erkennbar. Es gibt Fische, die einerseits ähnlich zur olfaktorischen Wahrnehmung viele verschiedene Aminosäuren erkennen, und andererseits Fische, die nur wenige Aminosäuren stimulierend finden. Der Karpfen gehört zur letzten Gruppe – nur einige wenige Aminosäuren binden an die Chemorezeptoren im gustatorischen Organ.

Carbonsäuren, Saccharide, Nucleotide, Ionen: Was stimuliert Karpfen?

Neben Aminosäuren mit zwei oder weniger Kohlenstoffatomen und ungeladenen/unverzweigten Seitenketten, lassen auch saure Aminosäuren und die Aminosäure L-Prolin die Essensglocke läuten. Einfache Peptide, die eine stimulierende Aminosäure an einem Rest enthält, können auch an Rezeptoren binden, jedoch ihre stimulierende Wirkung ist bedeutend geringer im Vergleich zu freien Aminosäuren. Glycinbetain, eine quartäre Ammoniumverbindung, abgleitet von der Aminosäure Glycin, wirkt stimulierend und verstärkt durch synergistische Effekte das Empfinden von Aminosäuren, wenn Konzentration und Verhältnisse richtig gewählt werden.

Zusätzlich verfügt der Karpfen auch über Geschmacksrezeptoren für ein-, zwei- und dreiprotonige Carbonsäuren. Im Gegensatz zu Aminosäuren haben Carbonsäuren nur Carbonsäuregruppen als funktionelle Gruppe im Molekül. Die wohl bekannteste unter Karpfenanglern und zugleich am häufigsten in der Köderherstellung eingesetzte einprotonige Carbonsäure ist die Buttersäure. Für den Menschen ein ungenehm stechender Geruch nach Erbrochenem oder ranziger Butter, für den Karpfen ein wahrer Leckerbissen, wenn richtig dosiert.

Im Zusammenhang mit Nahrung und Fressen, erkennen Karpfen Zucker (Monosaccharide, Einfachzucker wie die Glukose; eventuell Disaccharide, Zweifachzucker wie die Saccharose), Nucleotide und Salze (Ionen). Es gibt auch noch andere chemische Stoffe, die eine Änderung des Verhaltens beim Karpfen auslösen, die jedoch nicht als Fress-Stimulatoren klassifiziert werden können.

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Abbildung 5: Strukturen von Glycinbetain, Buttersäure und D-Glukose

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“Die Rezeptur ist komplex. Die Geschmacksrezeptoren von Karpfen ebenso. Achte auf die Dosierung!”

Flavour in der Körderproduktion: Fress-Stilmulator ja oder nein?

Wenn nun die Frage aufkommt, warum klassische Flavour, die sehr gerne in der Herstellung in Köderprodukten eingesetzt werden, bisher nicht behandelt wurden, ist die Antwort einfach. Flavour sind keine Fress-Stimulatoren und wirken, wenn überhaupt, nur in der Phase der Erregung im Such-Fressprozess des Karpfens. Im Unterschied zu Attraktorsystemen auf Aminosäurebasis, beinhalten Flavour größtenteils sehr komplexe Mischungen aus Stoffen, die auf Grund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften nicht als chemischer Stimulus für Fische dienen können. Damit Flavour-Bestandteile gelöst werden können, muss ein geeignetes Lösungsmittel verwendet werden. Im Idealfall wäre dies Wasser, denn nur wasserlösliche Stoffe spielen eine Rolle in der Chemorezeption von Fischen.

Für die Produktion von Flavourn werden viele Lösungsmittel verwendet – hauptsächlich verschiedene Alkohole wie Glycerol, Propylenglykol und Ethanol, und ölbasierte Lösungsmittel. Die hier angegeben Alkohole sind mit Wasser mischbar. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Flavourkomponenten, die nur in diesen Lösungsmitteln löslich sind, zwingend auch in Wasser löslich sein müssen. Buttersäureethylester (Ananas) und Decanal (Orange) sind Aroma gebende natürliche Bestandteile in Früchten und Aromastoffen wie „Pinapple Flavour“ oder Orangenöl, die auch sehr gerne in Karpfenködern Anwendung finden. Auf Grund ihrer chemischen Struktur sind Buttersäureethylester nur sehr schlecht in Wasser löslich und Decanal praktisch unlöslich. Fette und Öle sind generell wasserunlöslich und auf Grund ihrer chemischen Struktur auch keine Attraktoren. In Ölen lösen sich bevorzugt unpolare (hydrophobe) Stoffe, die keine Relevanz für den Geruchs- und Geschmackssinn von Fischen haben. Falls man nach einem Stoff sucht, der mit Ölen mischbar ist und auch noch eine stimulierende Wirkung auf Karpfen hat, würde sich die Buttersäure anbieten. Flavour sind in der Lage, das Verhalten eines Fisches in unterschiedlichster Art und Weise zu beeinflussen, liefern jedoch nicht die chemisch richtige Information zum Auslösen einer natürlichen Fressreaktion. Dafür sind andere Stoffe verantwortlich.

Also: Was mögen Karpfen jetzt?

Dieser Artikel soll ein Grundverständins über die Chemorezeption in Fischen, mit Hauptaugenmerk auf den Karpfen, vermitteln. Der Karpfen verfügt über ein empfindliches chemosensorisches System, um sich in seinem Lebensraum zurechtzufinden. Die Chemorezeption beim Karpfen beruht ausschließlich auf der Wahrnehmung von chemischen Reizen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip und spielt eine zentrale Rolle bei der Nahrungssuche und beim Fressen. Der Karpfen ist kein „Universaldetektor“, sondern nur wenige Stoffklassen und davon nur bestimmte Stoffe werden von ihm als Leckerbissen erkannt. Ein Karpfen ist ein schwimmender, empfindlicher und spezifischer Detektor. Dabei ist es wichtig, dass die Fress-Stimulatoren in ausreichender Konzentration vorhanden sind, um das Verhaltensmuster „Nahrungssuche“ in Gang zu setzen. Zu den stimulierenden Stoffen der Karpfen gehören:

  • freie Aminosäuren: hydrolysiertes Fischprotein, Rinderleberextrakt, Garnelenpaste, CSL, Sojasauce, Maggi®, Bierhefe und Hefeextrakte
  • Glycinbetain: Zuckerrübenmelasse, Rinder- und Geflügelleber, marine Produkte (Fische, Muscheln, Krabben, Krill etc.)
  • Carbonsäuren: Buttersäure
  • Zucker: Traubenzucker, Fruktose-Pulver oder -sirup, Zuckerrübenmelasse
  • Nucleotide: Gewürzmittel (z.B. Maggi®), Fleisch- und Gemüse-Suppen, englischer auf Hefeextrakt basierender Brotaufstrich Marmite®, Bierhefe und Hefeextrakte
  • Salze in diversen Ausführungen

Wichtig ist, dass die Stoffe wasserlöslich sind, da Karpfen nur im Wasser gelöste Stoffe detektieren können. Daher können klassische Flavour, die nicht wasserlöslich und größtenteils eine recht komplexe Mischung aus Stoffen sind, aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften nicht als Fress-Stimulus für Karpfen dienen. Das bedeutet natürlich nicht, dass Flavour nicht das Verhalten der Karpfen beeinflussen können. Sie bilden aber keinen Fress-Stimulus.

“Hefeextrakte. Buttersäure. Extrakte. Melasse. Die Zutaten können so einfach wie genial sein.”

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