Sun-compass orientation by parrot fishes1

Authors


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    Without the generous help of Dr. William Sutcliffe, Bermuda Biological Station (Contribution No. 341) this work would not have been possible. Mr. Brunell Spurling's keen interest, collecting ability and suggestion for the use of the flashlight battery and bulb were invaluable. Louis Mowbray kindly used his boat for several of the releases. Messrs. Hazlet, Savage and Picciolo helped with some of the releases. Drs. Braemer and Schwassmann kindly criticized the manuscript. This work was supported by the Office of Naval Research (N. R. 104–489) and U. S. Public Health Service (NB-03241). The work was completed while the first author was a Guggenheim Fellow.

Abstract

Summary

Adult rainbow and purple parrot fishes (Scarus guacamaia and S. coelestius) on the south shore of Bermuda live in offshore caves at night. During the day they feed along the shoreline. These fish, caught over the feeding grounds, when released in areas apparently unfamiliar to them, move in a southeasterly direction (90° to 180° of north) regardless of underwater topographic or hydrographic features. This is the direction from their feeding grounds to their offshore caves. Circling, stopping and a lack of definite direction characterized the courses of fish released with cloud cover, at night, and with opaque eyecups. When a cumulus cloud partially obliterated the sun, fish swimming in a south-easterly direction either started to circle and/or stopped. After the cloud had passed by, the fish again swam in a southeasterly direction.

Individuals with their daily light cycle slowed by six hours swam about 190° (or counterclockwise 170°) from the southeast direction. It was concluded that the fish responded to actual rate of change of the azimuth (expected 165° shift clockwise) and not to a constant 15° per hour change (expected 90° shift).

Immature fish and one population of adults with shoreline caves did not orient to the sun. The immature fish went to the shoreline when the bottom had considerable slope. It was hypothesized that the horizontal narrow band toward shallow water and wide dark bands toward deeper water were the most likely stimuli for this orientation.

Several features of sun navigation by parrot fishes were discussed. Apparently the sun and not the polarization pattern of the sky was the important stimulus. The large angular shift in the direction of clock-changed individuals supported the idea that the actual rate of change of the sun azimuth was used in determining direction. The direction between cave and feeding grounds was probably learned. The relation of sun orientation to migration and daily feeding movements was discussed. This study demonstrated that the fish could utilize their sun-compass in oriented daily movements, and did so in escape movements from their feeding grounds to their home caves.

Zusammenfassung

An der Südküste von Bermuda bewohnen erwachsene Regenbogen- und Purpurpapageifische (Scarus guacamaia und S. coelestinus) nachts landferne Höhlen, tagsüber suchen sie Nahrung am Strand entlang. Wenn man dort bei Tage welche fing und sie in ihnen offenbar unbekannten Gegenden freiließ, schwammen sie, ohne Rücksicht auf Bodenmarken oder Strömungen, nach SO + 45°, d. h. in der Richtung von ihren Weidegründen zu ihren Höhlen. Bei bewölktem Himmel, nachts und unter undurchsichtigen Augenkappen schwammen sie im Kreise, hielten oft an und bevorzugten keine Richtung. Wenn am sonst freien Himmel eine Cumuluswolke die Sonne auch nur zum Teil verdeckte, verloren nach SO schwimmende Fische die Richtung oder blieben stehen; erst wenn die Sonne wieder ganz frei war, schwammen sie in der alten südöstlichen Richtung weiter.

Im künstlichen um 6 Std. zurückgestellten Tag-Nacht-Wechsel gehaltene Fische wichen um 190° mit dem Uhrzeiger von der Südostrichtung ab; offenbar antwortete der Fisch auf die tatsächliche Azimutverschiebung der Sonne (erwartete Abweichung vom SO-Kurs: 165° mit dem Uhrzeiger), nicht dagegen auf eine konstante Azimutverschiebung von 15°/Std. (90° Kursabweichung erwartet).

Noch nicht geschlechtsreife Fische und eine Gruppe erwachsener, die ihre Höhlen am Strande hatten, orientierten sich nicht nach der Sonne. Die Jungfische schwammen strandwärts über ansteigendem Grunde, vermutlich dadurch gerichtet, daß der optische Eindruck eines schmalen waagrechten dunklen Bandes Flachwasser und breite dunkle Bänder tieferes anzeigen.

Einige Seiten des Sonnenkompaßverhaltens der Papageifische wurden besprochen. Offenbar ist die Sonne selbst und nicht das Polarisationsmuster des Himmelsgewölbes der ausschlaggebende Reiz. Die starke Richtungsverschiebung im Sinne des verstellten Tag-Nacht-Wechsels spricht dafür, daß es auf die tatsächliche Azimutverschiebung der Sonne ankam. Die Richtung zwischen der Höhle und dem Futtergrunde wird wahrscheinlich erlernt. Der Anteil der Sonnenkompaßorientierung an der Wanderung und ihren täglichen Futterwegen wird erörtert. Wie diese Freilanduntersuchungen zeigen, können die Fische ihre täglichen Ortsveränderungen nach dem Sonnenkompaß richten, so auch auf der Flucht von ihren Futterplätzen zum nächtlichen Heim.

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