Neuronale Kodierung eines zeitkompensierten Sonnenkompasses

• Antragsteller: Professor Dr. Basil El Jundi
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317616350

Jedes Jahr wandern riesige Monarchfalterschwärme über tausende Kilometer von Nordamerika zu ihrem Überwinterungshabitat nach Zentralmexiko. Während dieser Wanderung nutzen die Schmetterlinge überwiegend Himmelskompasssignale, wie beispielsweise die Sonne oder das Himmelspolarisationsmuster, um eine konstante Flugrichtung zu ihrem Zielort aufrecht zu erhalten. Das Verwenden dieser Signale als Navigationsreferenzen ist jedoch nicht trivial und birgt ein erhebliches Problem: Während das Ziel der Schmetterlinge ein stationärer Ort ist, ändern die Sonne und weiteren Himmelskompasssignale ihre Position im Laufe eines Tages. Die wandernden Tiere müssen daher die Änderung des Sonnenstandes über den Tagesverlauf kompensieren, um die eigene Flugrichtung der Tageszeit entsprechend anzupassen. Verhaltensstudien haben in der Tat gezeigt, dass Monarchfalter einen zeitkompensierten Sonnenkompass nutzen, in dem Zeitinformation über die Antennen in das Gehirn übertragen wird. Wo aber genau diese Zeitinformation in das neuronale Himmelskompassnetzwerk im Gehirn integriert wird und wie ein interner Kompass neuronal seine Aktionspotentialrate entsprechend der Änderung des Sonnenstandes anpasst, ist bisher noch nicht bekannt.In dem vorgeschlagenen Projekt möchte ich die Grundlagen des internen Navigationskompasses des Monarchfalters untersuchen. Wie beeinflusst Zeitinformation dieses neuronale Netzwerk? Mittels Verhaltensversuchen werde ich die Relevanz einzelner Himmelskompasssignale für die Migration und deren Abhängigkeit von der Tageszeit testen. In einem nächsten Schritt werde ich den Eingangssignalweg der Zeitinformation von der Antenne untersuchen und testen, wo dieses Signal in das Himmelskompassnetzwerk integriert wird. Um die Kodierung zeitkompensierter Sonnenkompassinformation zu entschlüsseln, werde ich absteigende Neurone mittels intrazellulärer Ableitungen studieren und testen, ob sich die Vorzugsrichtungen bestimmter Kompasszellen entsprechend der Verschiebung des Sonnenstandes ändern. In einem letzten Schritt werde ich diese Fragestellung mittels extrazellulärer Multielektrodenableitungen testen, während das Tier in einem fixierten Zustand den natürlichen Himmel sieht, und später während das Tier in einer Flugapparatur fliegt. Mit diesen Pionierarbeiten möchte ich verstehen, wie ein zeitkompensierter Sonnenkompass im sich verhaltenden Tier in der Natur das Orientierungsverhalten steuert.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Wolfgang Rössler