Neuronale Schaltkreise und Verhaltensalgorithmen der Pfadintegration bei frei gehender Drosophila

• Antragsteller: Professor Dr. Andrew D. Straw
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455779009

Die Fähigkeit einiger Insekten an Orte mit Nahrung zurückzukehren ist bemerkenswert, besonders wenn man die geringe Größe ihres Gehirns bedenkt. Die Fliege Drosophila melanogaster, bisher eher bekannt für ihre Bedeutung als genetischer Modellorganismus denn als großer Navigator, kehrt zu einer Nahrungsquelle zurück, wenn sie sich in einer gleichförmigen, dunklen Arena bewegt, wie vor kurzem gezeigt wurde. Dies deutet auf das Vorhandensein von räumlichen Gedächtnisfähigkeiten hin, die mit denen der berühmten Navigatoren der Insekten - den Bienen - verwandt sind. So haben wir nun die Möglichkeit, Raumkognition, Gedächtnis und zielgerichtete Bewegung bei einer Spezies zu untersuchen, die seit einem Jahrhundert an der Spitze der Genforschung steht. Untersuchungen von evolutionär unterschiedlichen Insekten - von Heuschrecken über Käfer und Bienen bis hin zu Fliegen - legen nahe, dass eine Region des Gehirns, der Zentralkomplex, dessen Architektur bei all diesen Tieren viele Merkmale gemein hat, wahrscheinlich an der Koordination dieser Navigation beteiligt ist. In dieser Arbeit werden wir die Beteiligung von genetisch zugänglichen Neuronen im Zentralkomplex an der Pfadintegration bei freilaufenden Drosophila charakterisieren. Detaillierte Berechnungsmodelle auf der Ebene der neuronalen Schaltkreise zur Pfadintegration von anderen Insekten werden angepasst, um Fliegen zu entsprechen. Mehrere Hypothesen bezüglich der spezifischen Funktion einzelner Neuronentypen werden mit Modellen getestet und dann mit den experimentell gemessenen Ergebnissen verglichen, um einen Einblick in die neuronalen Schaltkreise und Verhaltensalgorithmen der Pfadintegration zu erhalten. Zusätzlich werden wir eine virtuelle Realität für frei laufende Fliegen nutzen, um die Beteiligung des visuellen Gedächtnisses und der Pfadintegration bei der Navigation zu testen. Indem wir detaillierte Kenntnisse über die verhaltensbezogenen Fähigkeiten der Nahrungssuche und Navigation bei Drosophila - einem sehr gut untersuchten genetischen Modellorganismus - erhalten, würden wir dazu beitragen, diese wichtigen Verhaltensweisen im Kontext der relevanten neuronalen Schaltkreise diskutieren zu können. Angesichts neuerer molekularer Daten die darauf hindeuten, dass die Muster der entwicklungsbedingten Expression wichtiger Transkriptionsfaktoren bei der Strukturierung des Zentralkomplexes bei Insekten und der Säugetier-Basalganglien konserviert sind, könnte diese Arbeit sogar für das Verständnis der neuronalen Kontrolle der Navigation bei bilateralen Tieren von Bedeutung zu sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen