Forscher "lesen" Fliegen-Gedanken

Drosophila melanogaster ist ein ideales Versuchstierchen. (Foto: iStock/rob_lan)

Hier riecht es nach Banane...Wie reagiert unser Nervensystem, wenn wir etwas wahrnehmen? Vermutlich grundsätzlich ähnlich wie bei Taufliegen – und deren Nervenreaktionen können Forscher nun sichtbar machen. Sie haben eine clevere Methode entwickelt, die Nervenverbindungen nach der Reaktion auf einen Sinneseindruck aufleuchten lässt. Diese Technik könnte nun neuronale Grundprinzipien von Lebewesen einschließlich des Menschen buchstäblich erhellen.

Das Gehirn ist und bleibt das geheimnisvollste aller Organe: Wie die komplexen Reaktionen von Lebewesen durch die Kommunikation der Nervenzellen untereinander entstehen, ist schwer fassbar. Ein grundsätzliches Problem ist dabei: Interaktionen zwischen Neuronen kann man nicht sehen – wer hier wie, wann und mit wem in Verbindung tritt, bleibt unklar. Den Forschern um Marco Gallio von Northwestern University in Evanston ist es nun aber doch gelungen, die Kommunikation von Nerven bei Taufliegen (Drosophila melanogaster) sichtbar zu machen. Die winzigen Wesen scheinen zwar wenig mit uns Menschen zu tun zu haben, doch Forscher gehen davon aus, dass grundlegende Nervenfunktionen bei allen höheren Lebewesen prinzipiell ähnlich ablaufen. Somit eignet sich sogar das im Volksmund "Fruchtfliege" genannte Insekt als Modellorganismus für die Hirnforschung.

Aktivierte Nervenverbindungen leuchten

Um den Nerveninteraktionen der Fliegen auf die Spur zu kommen, haben die Forscher Zuchtlinien von Drosophila entwickelt, die mit speziellen genetischen Modulen ausgerüstet sind: Wenn eine Verbindungsstelle zwischen Nerven – eine sogenannte Synapse – gereizt wird, bilden sie einen Fluoreszenzfarbstoff, der bis zu drei Stunden erhalten bleibt. Das verursachte Leuchten lässt sich dann unter einem speziellen Mikroskop erkennen. Konkret bedeutet das: Wenn zwei Nerven im Gehirn der Taufliege miteinander kommunizieren, ist diese Reaktion anschließend am Leuchten der Verbindungsstelle der beiden Neuronen zu erkennen. "Die Rechenleistung des Gehirns zeigt sich auf der Ebene der Synapsen, wo Neuronen miteinander reden",erklärt Gallio. "Unsere Technik gibt Einblicke, welche Synapsen während eines bestimmten Verhaltens oder Sinneseindrucks aktiv waren."

Wenn Fliegen Bananen riechen...

Die Forscher konnten bereits konkret zeigen, was dieses Konzept ermöglicht: Sie ließen ihre Versuchstierchen an Bananengeruch schnuppern und zum Vergleich auch an Jasminduft. Anschließend untersuchten sie die Fluoreszenz-Merkmale im Gehirn der Fliegen. So offenbarte sich, welche Neuronen miteinander kommunizieren, wenn eine Fliege etwas riecht. Es zeichnete sich dabei deutlich ab, dass je nach Geruch unterschiedliche Nervenreaktionen auftreten: Es gibt ein bestimmtes neuronales Aktivitätsmuster für Banane und eines für Jasmin. Aber nicht nur die Verarbeitung von Geruchsreizen spiegelte sich durch das System im Gehirn wider. Die Forscher konnten auch die unterschiedlichen Reaktionen der Insekten auf Temperaturen dokumentieren. Das neuronale Muster zeigte, ob eine Fliege zuvor unangenehmer Kälte oder Hitze ausgesetzt war.

Innovative Methode für die Neurowissenschaft

Den Forschern zufolge ermöglicht die neue Technik die Erforschung ganz unterschiedlicher Fragestellungen zu neuronalen Reaktionen auf bestimmte Reize oder bei Verhaltensweisen. In vielen Fällen kann es dabei Gemeinsamkeiten zwischen den Merkmalen der Fliegenwelt und der anderer Lebewesen einschließlich des Menschen geben. Das Konzept könnte somit generell zu einem besseren Verständnis der Informationsverarbeitung des Gehirns führen, sagen Gallio und seine Kollegen.

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