Wiener Neurobiologen untersuchen an Fliegen, wie das Nervensystem Verhalten erzeugt, steuert und sinnvoll einsetzt. In der Fachzeitschrift „Neuron“ berichten die Forscher nun, wie sie mit neu entwickelten Methoden den Balzgesang des Fliegenmännchens „ferngesteuert“ ausgelöst haben und so die beteiligten Nervennetze enthüllen konnten.
Die Männchen der Taufliege Drosophila melanogaster müssen einigen Aufwand betreiben, um das Interesse eines Weibchens zu erregen. Zeigt sich eine potenzielle Partnerin, so spielen sie ein komplexes, angeborenes Balzritual durch, zu dem auch eine Gesangsdarbietung gehört.
Knattern als Liebesgeheimnis
Die akustischen Signale, die das Weibchen auf die Paarung einstimmen sollen, erzeugt das Männchen mit seinem Flügel, den es dazu abspreizt und in Schwingungen versetzt. Was in unseren Ohren wie ein Pulsieren oder leises Knattern klingt, ist für ein Fliegenweibchen äußerst attraktiv und entscheidet über den Paarungserfolg des Männchens.
In den Labors am Wiener Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) geraten Fliegenmännchen auf Kommando in Verzückung und beginnen zu balzen, ohne dass ein Weibchen in Sicht ist. Die Biologin Anne von Philipsborn löst den Liebesgesang der Fliegen mit einer Methode aus, die sich Thermo-Aktivierung nennt. Definierte Nervenzellen werden dabei genetisch mit temperaturempfindlichen Ionenkanälen ausgestattet, die sich bei Wärme öffnen.
Sie werden dadurch für bestimmte Ionen durchlässig und aktivieren die Nervenzelle. Entsprechend vorbereitete Fliegen werden im Labor behutsam auf etwa 30 Grad erwärmt und beginnen prompt zu singen. Wie mit einer Fernsteuerung können die Forscher damit das Verhalten auslösen, das sie studieren wollen.
Zwei Gesangszentren identifiziert
Durch gezieltes An- und Abschalten bestimmter Nervenzellen haben die Wiener Neurobiologen dabei zwei Zentren identifiziert, die bei der männlichen Fliege für den Gesang verantwortlich sind. Eines der Zentren befindet sich im Gehirn und löst den Impuls zum Singen aus. Dieses Nervennetz empfängt Signale der Sinnesorgane, die es verarbeitet und zu einer Entscheidung verrechnet. Das zweite Zentrum sitzt im Bereich der Brustganglien und „komponiert“ den Balzgesang. Seine Neuronen koordinieren die Muskelbewegungen und erzeugen das rhythmische Muster.
Den Forschern am IMP dient der Balzgesang der Fliege als Modell für ein genetisch determiniertes Verhaltensmuster. Sie suchen Antworten auf die Frage, wie das Nervensystem aufgrund innerer und äußerer Einflüsse zu einer Entscheidung kommt, die passende Handlung einleitet und die entsprechenden Muskelbewegungen koordiniert – wie also sinnvolles Verhalten entsteht.
Forscher untersuchen Nervenschaltkreis im Detail
Nachdem sie die Schlüsselneuronen für den Fliegengesang identifiziert haben, wollen sie ihre Erkenntnisse weiter verfeinern. Barry Dickson vom IMP beschreibt die nächsten Schritte so: „Uns interessiert nun, wie der gesamte Nervenschaltkreis im Detail unter natürlichen Bedingungen funktioniert, wenn also Fliegenmännchen tatsächlich auf Weibchen treffen. Gleichzeitig werden wir die erfolgreiche Methode der Thermogenetik anwenden, um nach Neuronen zu suchen, die andere Elemente des Fortpflanzungsrituals auslösen, bis hin zur eigentlichen Kopulation.“ (Neuron, 2011; doi:10.1016/j.neuron.2011.01.011)
(IMP – Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie, 04.03.2011 – DLO)
