Identifizierung von konservierter Schaltungslogik im Temperaturnavigationsverhalten von Fischen und Fliegen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ilona Grunwald Kadow; Professor Dr. Ruben Portugues
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430156228

Temperatur beeinflusst die physiologischen Prozesse aller Organismen. Eine fehlerhafte Einschätzung ihrer Werte und Veränderungsrate kann schwerwiegende Folgen haben. Die meisten Organismen haben Strategien entwickelt, um ihre Körpertemperatur in einem engen Bereich zu halten. Das Nervensystem spielt hierbei eine wichtige Rolle. Die evolutionäre Beziehung zwischen der Funktion des Nervensystems bei der Temperaturregulierung verschiedener Arten bleibt unklar. Eine Doktorandin hat im Rahmen der vorherigen Förderperiode dieses SPPs wesentlich dazu beigetragen, unser Verständnis der Rolle des Nervensystems bei der Temperaturhomöostase bei Ektothermen im Vergleich zu Endothermen zu erweitern. In neuen Verhaltenstests wurde festgestellt, dass Fische und Fliegen ähnliche Strategien zur Navigation durch Temperaturgradienten nutzen, um ihren bevorzugten Temperaturbereich zu halten oder dorthin zurückzukehren ("homöostatische Navigation"). Es wurde weiterhin gezeigt, dass Fische die Thermoregulation über ein neuronales Netzwerk erreichen, das den präoptischen Bereich des Hypothalamus (PoA) mit Gehirnbereichen verbindet, die die räumliche Navigation ermöglichen. Der PoA steuert die Neuorientierung bei Verschlechterung der thermischen Bedingungen und leitet diese Informationen an den Navigation steuernden Schaltkreis aus Habenula (Hb) und Interpeduncular Nucleus (IPN) weiter. Diese Ergebnisse deuten auf eine konservierte Funktion des PoA bei der Wärmeregulation hin, die durch artspezifische neuronale Netzwerke vermittelt wird. In der kommenden Förderperiode möchten wir (i) die funktionellen Äquivalente des PoA und Hb bei Fliegen identifizieren, indem wir modernste In-vivo-Bildgebung und optogenetische Manipulation während der homöostatischen Navigation kombinieren, (ii) die Rolle der serotonergen Signalübertragung bei der homöostatischen Navigation in Fischen und Fliegen charakterisieren (Feedback- und Feedforward-Modulation) und (iii) die Rolle homöostatischer Sollwerte bei der Auslösung der Temperaturnavigation untersuchen, indem wir den Temperatursollwert von Fischen und Fliegen durch Entwicklungstemperatur, exogene Pyrogene und Hungerzustände verändern. Abschließend werden diese neuen Daten genutzt, um ein allgemeines und ein artspezifisches, computerbasiertes Schaltkreismodell zu aktualisieren und zu verfeinern. Die erwarteten Ergebnisse werden zeigen, wie homöostatische Bedürfnisse von funktional äquivalenten Hirnregionen oder Neuronen verschiedener Spezies verarbeitet werden und welche Rolle homöostatische Sollwerte bei der Auslösung von Verhalten spielen, um die Überlebenschancen evolutionär unterschiedlicher Arten zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme