Neuronale Grundlagen des Farbensehens: (I) Interaktionen zwischen Fotorezeptoren und Entstehung erster Gegenfarbenmechanismen.

• Antragsteller: Professor Dr. Dierk F. Reiff
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408330929

Farbensehen ist eine herausragende sensorische Fähigkeit vieler Tiere. Die intensitätsunabhängige Detektion der spektralen Zusammensetzung des Lichts ermöglicht Tieren das Erkennen von Objekten und eine Vielzahl wichtiger Interaktionen mit ihrer Umwelt. Detaillierte Erkenntnisse über die zugrundeliegenden neuronalen Schaltkreise, Zelltypen, Synapsen und Informationsverarbeitungsschritte wurden v.a. in der Retina von Wirbeltieren gewonnen. Hier werden die Signale von Fotorezeptoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit ähnlich einer Subtraktion verglichen. So werden im Nervensystem von Menschen und anderen trichromaten Primaten die Signale von S-, M- und L-Zapfen antagonistisch in den Gegenfarbenpaaren L-M und S-(L+M) verglichen. Diese spektral opponente Verrechnung der Signale überwindet das Unvermögen der Fotorezeptoren Wellenläge und Intensität des Lichts zu unterscheiden und generiert und verstärkt Farbkontrast. Wie Wirbellose dieses Problem auf zellulärer und physiologischer Ebene lösen ist kaum bekannt. Verhaltensstudien und Modellbildung legen nahe, daß im Nervensystem von Drosophila (und vermutlich allen farbensehenden Tieren) Gegenfarbenmechanismen implementiert sind. Doch Zellen des Farbsehsystems in Drosophila waren bis zum Erscheinen unserer jüngsten Arbeit für physiologische Messungen in vivo nicht zugänglich. In Schnaitmann et al. (2018) berichteten wir über die Signale von ~3500 Fotorezeptoren aus ca. 40 verschiedenen Genotypen. Anders als allgemein angenommen zeigen unsere Ergebnisse, daß bereits präsynaptische Endigungen der inneren Fotorezeptoren R7/R8 pale- bzw. yellow-spezifische Gegenfarbeneigenschaften besitzen. Detaillierte Erkenntnisse über synaptische und Schaltkreismechanismen ermöglichten es uns ein Model zu erstellen aufgrund dessen weitere Schritte der Informationsverarbeitung vorhergesagt werden können. Aufbauend auf diesen Vorhersagen und unseren technischen Errungenschaften stelle ich ein umfassendes Forschungsprogramm vor, in dessen Verlauf die an die Ergebnisse der vorausgehende Studie angrenzenden Prozesse, insbesondere die Feedback-Inhibition von R7p/y and R8p/y aufgeklärt werden sollen. Hierzu werden wir umfangreiche genetische, anatomische und physiologische Methoden kombinieren. Wir werden die rezeptiven Feldeigenschaften der beteiligten Nervenzellen analysieren und gezielt chromatische, räumliche und zeitliche Antwortcharakteristika untersuchen. Die gewonnen Erkenntnisse werden es uns ermöglichen weitere Zelltypen des Farbsehsystems in Drosophila zu identifizieren und unser Schaltkreismodel entscheidend zu erweitern. Unsere Arbeit wird zu einem besseren Verständnis des Farbensehens in der ökologisch wichtigen Gruppe der Insekten beitragen und neue Einsichten in die Variabilität der neuronalen Schaltkreise des Farbensehens in Tieren verschiedener Taxa ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen