Neuroanatomie und Neuroethologie der Magnetfeld-Rezeption bei unterirdisch lebenden Graumullen (Cryptomys anselli, Rodentia)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sambische Graumulle gehören zur Nagergattung Fukomys (früher als Cryptomys bezeichnet) und verbringen den größten Teil ihres Lebens unterirdisch in ausgedehnten Gangsystemen. Wie alle subterran lebenden Tiere müssen sie bei der Orientierung in ihrem Habitat mit limitierten Informationen auskommen; zu diesen zählt auch die Lichtknappheit. Die Gegebenheiten der unterirdischen Reizarmut haben dazu gefuhrt, dass Graumulle zur Orientierung ein Sinnessystem nutzen, das unter Säugern bislang noch selten nachgewiesen bzw. noch wenig erforscht ist: die Magnetwahrnehmung. Graumulle wurden bislang stets als blind bezeichnet; jedoch haben neuere morphologische Studien gezeigt, dass die visuellen Möglichkeiten dieser Tiere anscheinend stark unterschätzt wurden. Unser Projekt liefert neue Ergebnisse zum Magnetsinn und dem Lichtsinn des sambischen Graumulls (Fukomys anseilt) - zwei Sinnessysteme, deren Rezeptorebenen im winzigen, aber gut strukturierten Auge verortet sind. Während in der Retina die Lichtwahrnehmung stattfindet, stellt die Cornea wahrscheinlich den Ort der Magnetrezeption dar. Wir zeigen, dass der bislang nur ansatzweise verstandene Übertragungsmechanismus des Magnetsinns hier auf Magnetit beruht, und nicht auf biochemischen Prozessen. Als der Ort der zugehörigen Magnetit-basierten Rezeptoren wurde die Augenregion ermittelt, genauer die Cornea, in der eisenhaltige Inklusionen mit potentiell magnetischen Eigenschaften die Rezeptoren für die Übertragung magnetischer Information darstellen könnten. Der Magnetsinn ist nicht lateralisiert, wird jedoch binokular eingesetzt. Weiterhin zeigen wir, dass die früher als ,blind' bezeichneten Graumulle in spontaner Reaktion zwischen Hell und Dunkel bis zu einem Schwellenwert von mindestens 0.6 ^mol Photonen* m"2*s"1 wahrnehmen (ca. 33 Lux); unter rechnerischer Berücksichtigung von Messunterschieden der Lichtintensität ergibt sich sogar ein Schwellenwert von 0.072 umol Photonen*m~ 2*s"). Damit liegen die visuellen Fähigkeiten von Graumullen im mesopischen Bereich des Sehens. Unser Projekt trägt auch zu einem besseren Verständnis der neuronalen Verarbeitung magnetischer Information von Säugern bei, da es Ergebnisse zur Aktivität des Hippocampus unter magnetischen Stimuli vorstellt, einer Hirnstruktur, die u. a. räumliche Erinnerung generiert und koordiniert. Magnetische Signale könnten die Tiere mit Richtungsinformationen (Kompass) und mit Informationen für immanente neuronale Karten versorgen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Begall S., Wegner R.E., Frieling S., Burda H. (2005) Sensory ecology of subterranean rodents: news in a nutshell. Abstracts of IXth International Mammalogical Congress, Saporo, Japan, August 2005 (Invited lecture).
- Burda H. (2005) Sensory organs of subterranean rodents: Convergent progressive specialization or regressive degeneration? 12th Benelux Congress of zoology, Wageningen, NL (Invited lecture).
- Burda H. (2005) The undeground scene report. Research on subterranean rodents in its third decade: achievements and challenges. Abstracts of IXth International Mammalogical Congress, Saporo, Japan, August 2005 (Invited lecture).
- Burda H. (2005) Twenty years of research on Zambian mole-rats and how it changed our view of underground life. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Säugetierkunde, Essen, September 2005 (Vortrag).
- Burda H. (2006) Sensory ecology in subterranean mammals. The 9th Tübingen Perception Conference (TWK), Tübingen, 03.03 .-05.03.2006.
- Medizinische Dissertation Buckpesch-Heberer U (2007) Das Vorderhirn des Graumulls (Fukomys anselli): Ein neuroanatomischer Atlas. Fachbereich Medizin, Universität Frankfurt am Main.
- Moritz RE, Burda H, Begali S, Nemec P (2007) Magnetic compass: A useful tool underground. In: Begall S, Burda H, Schleich CE (eds), Subterranean rodents: News from underground. Springer Verlag, Heidelberg.
- Nemec P, Cvekovä P, Burda H, Benada O & Peichl L (2007): Visual systems and the role of vision in subterranean rodents: Diversity of retinal properties and visual system designs. In: Begall, S., Burda, H., Schleich, C. (eds.) Subterranean rodents - News from underground: Springer, Heidelberg; pp. 129-160.
- Nemec P., Burda H., Peichl L. (2004): Subcortical visual system of the African mole-rat Cryptomys anselli: to see or not to see? European Journal ofNeurosciences 20(3):757-68. (IF (ISI®) = 3,872)
- Nemec P., Burda, H., Oelschläger, H.H.A. (2005): Towards the neural basis of magnetoreception: a neuroanatomical approach. Naturwissenschaften 92(4): 151-157 (IF (ISI®) = 1,883).
- Nemec P., Lucova M., Burger T., Wegner R.E., Burda H., Wiltschko W., Oelschläger H.H.A. (2005): Neuroanatomy of magnetoreception: indueible transcription factors as tools for dissecting mole-rat and homing pigeon magnetosensory systems. Abstracts of 350.WE-Heraeus-Seminar: Biophysics of Magnetic Orientation in Animals, Bad Honnef, Germany (Invited lecture).
- Nemec P., Peichl L., Burda H., Cvekova P., Benada O., Turlejski K., Bennett N.C., Oelschläger H.A.(2005): Vision underground: Magnetosensory and visual systems of the African mole-rats (Rodentia, Bathyergidae). Abstracts of IXth International Mammalogical Congress, Saporo, Japan, pp. 32-33 (Invited lecture).
- Nemec P., Vächa M. (2007): Mechanismen der Magnetrezeption. Vesmir 86(137): 284-289.
- PhD thesis Moritz RE (2007) Sensory ecology of electromagnetic radiation perception in subterranean mole-rats (Fukomys anselli & Fukomys kafuensis). Dissertationsschrift, Fachbereich Biologie und Geographie, Universität Duisburg-Essen.
- Thalau P., Ritz T., Burda H., Wegner R.E., Wiltschko R. (2006) The magnetic compass mechanisms of mammals and birds are based on different physical principles. Journal of the Royal Society Interface 3: 583-587. (IF (ISI®) = 0,727)
- Vächa M., Nemec P. (2007): Kompass und Karte. Orientierung im geomagnetischen Feld. Vesmir 86 (137): 224-228.
- Wegner R.E. (2005): Summer School Ethologie der Südböhmischen Universität Öeske Budejovice, Tschechische Rep., August 2005.
- Wegner R.E., Begall S., Burda H. (2006) Magnetic compass in the cornea: local anaesthesia impairs orientation in a mammal. The Journal of Experimental Biology 209: 4747-4750. (IF (ISI®) = 2,712)
- Wegner R.E., Begall S., Burda H., (2006) Light perception in 'blind' subterranean Zambian mole-rats. Animal Behaviour 72: 1021-1024. (IF (ISI®) = 2,669)
- Wegner R.E., Burda H. (2005) The enigma of seeing in the subterranean mole-rat Cryptomys anselli (Bathyergidae): behavioural approach. Proceedings of the RIN-05 Conference on Orientation and Navigation - Birds, Humans and Other Animals; Royal Institute of Navigation, London. Artikel in Proceedings.
