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Sexually dimorphic neuronal circuits underlying social behaviours in Drosophila

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Das geheime Liebesleben der Fruchtfliegen

Von den Unterschieden zwischen den Gehirnen der männlichen und weiblichen Fruchtfliegen können wir ziemlich viel lernen – und auch von den Auswirkungen, die diese auf ihr Paarungsverhalten haben.

Grundlagenforschung

Wie hängen die Unterschiede im Verhalten zwischen den Geschlechtern mit der speziellen Art und Weise zusammen, wie unsere Gehirne verschaltet sind? In Bezug auf den Menschen gibt es auf diese Frage noch keine eindeutige Antwort, aber aus der Untersuchung von Fruchtfliegengehirnen könnten neue Erkenntnisse gewonnen werden. Einem Forschungsteam ist es gelungen, zwischen den Gehirnen männlicher und weiblicher Fliegen Unterschiede in der neuronalen Vernetzung zu lokalisieren, die auf ähnliche Unterschiede bei anderen Arten hinweisen könnten. Das Gehirn der Drosophila, der gemeinen Fruchtfliege, ist mit seinen rund 100 000 Neuronen, verglichen mit den geschätzten 86 Milliarden Nervenzellen des menschlichen Hirns, ein relativ einfaches System. Gleichzeitig lassen die komplexen Verhaltensweisen, die diese Fliegen während des Werbens und der Paarung zeigen, ihre Gehirne zu wichtigen Modellen werden, mit denen die Funktionsweise neuronaler Vernetzungen erforscht werden kann. Das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführte Projekt sexual dimorphism konzentrierte sich auf das Pheromon der männlichen Fliege, um die in den männlichen und weiblichen Gehirnen hervorgerufenen unterschiedlichen Reaktionen sowie die von ihnen ausgelösten Verhaltensreaktionen zu erkunden.

Gegensätzliche Verhaltensweisen

„Das männliche Pheromon wirkt auf die Weibchen anziehend und fördert das Paarungsverhalten, aber es ist für andere Männchen abstoßend und begünstigt Aggression“, erklärt Dana Shani Galili, Marie Skłodowska-Curie-Stipendiatin und leitende Forscherin dieses Projekts am MRC Laboratory of Molecular Biology. Und was passiert in den Fliegengehirnen im Lauf einer gefährlich nahen Begegnung? Um das herauszufinden, betrachteten die Forschenden die neuronalen Signalwege, welche die verschiedenen Teile des Nervensystems miteinander verbinden. Sie überprüften, welche Rolle sie bei der Verarbeitung des Pheromons spielen, welche Elemente zwischen den Geschlechtern zu unterscheiden sind und wie sie das Sexualverhalten regulieren. Bei beiden Geschlechtern ruft das männliche Pheromon eine starke Reaktion hervor, die dieselbe Neuronenuntergruppe aktiviert, aber sehr gegensätzliche Verhaltensweisen auslöst. Deshalb ist anzunehmen, dass diese identischen Neuronen bei beiden Geschlechtern mit geschlechtsspezifischen Neuronen verbunden sind, die wiederum das Paarungsverhalten regeln. Das Team entdeckte einen zweiten Signalweg, der bei den Männchen als ein Kanal zur Verringerung des Sexualtriebs zu fungieren scheint. Bei Weibchen sorgt er für eine feiner abgestimmte Reaktion, bei der Neuronen in derselben Verschaltung zusammenarbeiten, um Informationen über den Geschmack und Geruch der umgebenden Reize miteinander zu kombinieren. „Multisensorische Integration ermöglicht ein robusteres Auslesen“, erläutert Galili.

Eine Kartierung des Gehirns

Die im Rahmen des Projekts aufgezeigten Verbindungen lassen uns auf neue Weise verstehen, wie Nervensignale verarbeitet werden und sich auf Entscheidungsfindung und Verhalten auswirken. „Die von uns entdeckte neuroanatomische Karte reicht von sensorischen Neuronen, die Geruch, Geschmack, Berührung usw. wahrnehmen, bis hin zu Neuronen, welche die motorische Leistung steuern. Wir können nun eindeutig geschlechtsspezifische Konnektivitätsmuster erkennen und sie kausal mit dem Verhalten in Beziehung bringen“, erklärt sie. Anhand dieser Erkenntnisse könnten wir auch das soziale Verhalten anderer Arten erklären. In früheren Forschungen wurden in den neuronalen Schaltkreisen von Fliegen und Mäusen gemeinsame Merkmale gefunden, die darauf hindeuten könnten, dass Verhaltensweisen wie Paarung und Kämpfe vom Gehirn über ein gemeinsames Netzwerk gesteuert werden. Und was ist nun mit uns Menschen? „Während das Ausmaß der konnektivitätsbezogenen Verschiedenheiten zwischen den Gehirnen von Männern und Frauen sowie die potenziellen Ursachen und Auswirkungen dieser Unterschiede noch nicht bekannt sind, weisen neue Erkenntnisse laut Galili darauf hin, dass menschliche Pheromone existieren und eine geschlechtsspezifische Reaktion hervorrufen“, bemerkt Galili. So könnten die Ergebnisse zu den Fruchtfliegen, da sie eine kausale Beziehung zwischen geschlechtsspezifischer neuronaler Vernetzung und dem Verhalten herstellen, als Grundlage der zukünftigen Forschung auf diesem Gebiet dienen.

Schlüsselbegriffe

sexual dimorphism, Drosophila, Fruchtfliege, neuronaler Signalweg, Pheromon, Gehirn, Neuronen, Paarung, Sozialverhalten

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