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Untersuchungen zu morphologischen, molekularen und funktionellen Anpassungen des Riechsystems von Amphibien beim Übergang von aquatischen zu terrestrischen Lebensräumen

Fachliche Zuordnung Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Förderung Förderung von 2018 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 356132378
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Riechsystem von Xenopus laevis weist im Vergleich zu Säugetieren eine Reihe interessanter struktureller, molekularer und funktioneller Besonderheiten auf. Bisher ist unbekannt, ob diese Merkmale in allen Amphibienarten vorkommen und welche Anpassungen des Riechsystems für einen Übergang von einem aquatischen zu einem terrestrischen Lebensraum von Vorteil sind. In diesem Projekt haben wir das Riechsystem von Amphibienarten mit unterschiedlichen Lebensweisen untersucht und Untersuchungen im Riechsystem von Xenopus weiter vorangetrieben. Wir haben festgestellt, dass sich Axone von olfaktorischen Rezeptorneuronen des Axolotl (Caudata; Ambystoma mexicanum) und aller untersuchten Froschlarvenarten (Pipidae: Xenopus tropicalis; Bufonidae: Rhinella arenarum; Hylidae: Scinax granulatus; Dendrobatidae: Ranitomeya imitator), wie in Xenopus, überwiegend verzweigen und sich mit mehreren Glomeruli verbinden. Bifurkierende Axone wurden auch bei juvenilen, terrestrischen und arborealen Spezies beobachtet. Dies zeigen, dass unabhängig von Entwicklungsstadium und Lebensraum bifurkierende Axone ein gemeinsames Merkmal von Amphibien sind. Diese Ergebnisse stellen das Konzept von unverzweigten Axonen als universelles Merkmal von Wirbeltieren infrage. Wir haben festgestellt, dass S100Z, ein Calcium-bindendes Protein, bei Xenopus ausschließlich im olfaktorischen Hauptsystem und nicht im Vomeronasalorgan, wie bei Säugetieren, vorkommt. Wir haben festgestellt, dass die glomeruläre Anordnung im Riechkolben bei allen untersuchten Amphibienarten bemerkenswert konserviert ist. Festgestellte geringfügige Unterschiede könnten auf eine Anpassung an spezifische ökologische Nischen hindeuten. Wir haben eine Untersuchung der Morphologie der Projektionsneuronen des Riechkolbens von Xenopus Larven durchgeführt. Wir haben festgestellt, dass in postmetamorphotischen Tieren Projektionsneuronen im dorsalen Riechkolben regelmäßig mit mehreren Glomeruli verbunden sind, während mindestens die Hälfte der Projektionsneuronen im ventralen Riechkolben, ähnlich wie in premetamorphotischen Tieren, nur mit einem Glomerulus verbunden sind. Dies suggeriert, dass die Geruchserkennung im Wasser und in der Luft unterschiedliche Kodierungsstrategien erfordert. Wir haben die Auswirkungen der ungewöhnlichen Verdrahtung im olfaktorischen System von larvalen Xenopus auf die Organisation der glomerulären Module und der Geruchsdarstellungen im olfaktorischen Netzwerk untersucht. Wir haben festgestellt, dass die glomeruläre Geruchskarte für Aminosäuren weder stereotyp ist noch chemotopisch organisiert ist. Dies ist ein unerwartetes Ergebnis, dessen funktionelle Bedeutung noch unbekannt ist. Wir haben Assays entwickelt, um die verhaltensrelevante Bedeutung von Geruchsstoffen bei Amphibienlarven zu testen. Wir haben festgestellt, dass das durch Aminosäuren hervorgerufene attraktive Verhalten während der Metamorphose von Xenopus anhält und dass dieses Verhalten nach einer Durchtrennung und Regeneration der Geruchsnerven wiederhergestellt wird. Trotz einiger Probleme, die wir während dieses Projekts hatten (Finanzierung durch die argentinische Förderagentur; Covid-19-Pandemie), haben wir hervorragende Ergebnisse erzielt und zweifellos wertvolle Erkenntnisse gewonnen, die zu einem besseren Verständnis der Anatomie, Morphologie und Funktion des olfaktorischen Systems von Amphibien beitragen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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