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Tierischer Pulsschlag

Bekommen Insekten vor Angst Herzklopfen?

Verängstigten Fliegen „auf den Puls gefühlt“. (Video-Auschnitt, Credit: Champalimaud Research)

Beängstigende Situationen können bekanntlich unseren Pulsschlag in die Höhe treiben – oder es bleibt uns „fast das Herz stehen“. Ist das bei anderen Lebewesen auch so? Forscher haben nun an Taufliegen untersucht, wie das spezielle Herzkreislaufsystem der Insekten bei Gefahr reagiert. Offenbar kann Angst bei ihnen ebenfalls Herzrasen auslösen – sowie das Gegenteil. Dies hängt davon ab, ob sich die Fliege für die Flucht entscheidet, oder in eine Schockstarre verfällt. Überraschenderweise scheint auch bei den Insekten eine Art autonome Nervenreaktion am Werk zu sein. Dieses Ergebnis hat somit eine Bedeutung für die Grundlagenforschung, sagen die Wissenschaftler.

Allein das Geräusch eines sich beschleunigenden Herzschlags kann uns schon Gänsehaut verpassen – es handelt sich dabei geradezu um ein Symbol der Angst. Neben der gesteigerten Herzfrequenz als Reaktion auf Gefahr, ist beim Menschen und anderen Wirbeltieren allerdings auch eine gegenteilige Wirkung bekannt: Wenn Angst eine Art Schockstarre statt einer Fluchtreaktion auslöst, kann die Pulsfrequenz deutlich sinken. Im Extremfall kommt es dabei zu Aussetzern, die sich in der Redewendung „Mir ist fast das Herz stehen geblieben“ widerspiegeln.

„Wir wissen, dass bei Wirbeltieren im Falle einer Bedrohung das sogenannte autonome Nervensystem in Aktion tritt und blitzartig die uns bekannten Veränderungen der Herztätigkeit hervorruft. Bei Insekten gibt es dieses System jedoch nicht und es war unklar, welche Veränderungen der Herztätigkeit sie bei Gefahr zeigen“, sagt Marta Moita vom Champalimaud Centre for the Unknown in Lissabon. Um diese Wissenslücke zu schließen, haben sie und ihre Kollegen nun Untersuchungen an dem berühmten Modell-Insekt der Forschung durchgeführt: Drosphila melanogaster.

Fliegenherzen im Visier

Bei ihren Experimenten beobachteten die Wissenschaftler das Herz der Fliegen durch ihr leicht transparentes Außenskelett mittels spezieller Beleuchtung und Fluoreszenzeffekten. Die Versuchstiere waren dabei immobilisiert, konnten aber dennoch Fluchtreaktionen in der Form eines „Wegrennens“ zeigen: Sie standen auf einem winzigen Ball, den sie mit ihren Füßen bewegten. Um den Fliegen Angst einzujagen, präsentierten die Forscher ihnen auf einem Bildschirm einen größer werdenden Schatten, der wie eine herannahende Bedrohung wirkte.

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„Für uns überraschend, änderte das Herz der Fliegen seine Aktivität ebenfalls je nachdem, welche Abwehrreaktion angenommen wurde“, berichtet Moita: Wenn sie beschloss zu fliehen, beschleunigte sich der Herzschlag. Wenn das Tier hingegen in eine Angststarre – eine unauffällige Bewegungslosigkeit – verfiel, verlangsamte sich das Herz, zeigten die Untersuchungen. „Dieser Befund ist für uns Neurowissenschaftler sehr interessant“, betont Moita. „Da Fliegen kein autonomes Nervensystem wie das der Wirbeltiere besitzen, bedeutet dies, dass hier offenbar ein anderer Mechanismus im Spiel ist. Die Frage ist nun, ob es eine dem autonomen Nervensystem ähnliche Struktur gibt, die wir noch nicht kennen, oder ob es einen ganz anderen Mechanismus gibt, der noch entdeckt werden muss“, erklärt Moita.

Wie die Forscher weiter berichten, machten sie zudem interessante Detail-Entdeckungen, die eine Besonderheit des Insektenherzens betreffen: Es kann in zwei Richtungen pumpen. Denn im Gegensatz zu unseren Herzen handelt es bei dem Organ um eine Art Röhre, die aus zwei Zellreihen gebildet wird. Durch bestimmte Kontraktionsmuster kann das Insektenherz dadurch einen Blutstrom in Richtung Ober- oder Unterkörper erzeugen. Bei den Experimenten zeigte sich nun, dass das Fliegenherz bei beiden Reaktionen auf Gefahr – Flucht sowie Angststarre – aktiver in Richtung des vorderen Teils des Körpers pumpt.

Neues Forschungspotenzial

„Zumindest bei der Flucht erscheint es sinnvoll, mehr Nährstoffe in den Vorderkörper zu pumpen, denn dort befinden sich das Gehirn, die Beine und die Flügel. Die Reaktion bei der Bewegungslosigkeit war hingegen eher überraschend. Wir vermuten, dass sich die Fliege, obwohl sie erstarrt, auf Aktionen vorbereitet“, erklärt Moita. Die Forscher fanden durch weitere Untersuchungen auch Hinweise darauf, dass dieser Zustand der Bereitschaft mit gesteigertem Energieverbrauch verbunden ist. „Dieser Befund widerspricht der Annahme, dass die Starre ein passiver, energiesparender Verhaltenszustand ist. Eine offene Frage ist nun, worauf sich die Fliegen vorbereiten“, so Moita.

Das wichtigste Forschungsthema, dem die Forscher nun nachgehen wollen wird allerdings die Untersuchung der neuronalen Struktur sein, die bei den Fliegen die Herzreaktionen auf Gefahr steuert. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Erkenntnisse bei Fliegen – wie auch in anderen Fällen – Grundprinzipien bei Lebewesen aufdecken können. „Letztendlich könnte diese Forschung zu einem besseren Verständnis beitragen, wie das Nervensystem das Verhalten auch bei anderen Tieren, einschließlich des Menschen, steuert“, sagt Moita abschließend.

Quelle: Champalimaud Centre for the Unknown, Fachartikel: Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2021.10.013

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