Steuerung der Gesangsmusterbildung in Drosophila: Schaltkreismechanismen und sensorische Modulation

• Antragsteller: Dr. Frederic Römschied
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404281558

Um zu verstehen wie Nervensysteme komplexes Verhalten erzeugen, ist es notwendig zu wissen welche Nervenzellen am Verhalten beteiligt sind, wie sie Muskelaktivität koordinieren, und wie sensorisches Feedback ihre Aktivität beeinflusst. Die bisherige Forschung hat sich auf Nervensysteme beschränkt, in denen die Identifizierung verhaltensrelevanter zentraler Mustergeneratoren (ZMG) möglich ist. Beispiele dafür sind Heuschrecke und Krebs, bei denen die ZMGs des Flug- bzw. Kauapparats identifiziert wurden. Insbesondere wurde hierbei die physiologische Temperatur benutzt, um die Robustheit der ZMGs zu charakterisieren. Dies hat in beiden Fällen Mechanismen aufgedeckt, die es wechselwarmen Tieren ermöglichen, wichtige Körperfunktionen über den verhaltensrelevanten Temperaturbereich zu erhalten. Dennoch war es in diesen Studien nur eingeschränkt möglich, Nervenzellaktivität im sich frei verhaltenden Tier zu untersuchen. Die Taufliege Drosophila melanogaster ist wegen der verfügbaren Methoden zur genetischen Identifizierung und Manipulation von Nervenzellen und ihrer Eignung für Hochdurchsatz-Verhaltensexperimente ideal zur Untersuchung neuronaler Grundlagen der Verhaltensbildung. Insbesondere weisen Taufliegen komplexes Sozialverhalten auf: Während der Partnerwahl verfolgt das Männchen das Weibchen und erzeugt dabei durch Flügelvibration Werbegesang. Findet das Weibchen diesen attraktiv, signalisiert sie ihre Paarungsbereitschaft durch Verlangsamen ihrer Geschwindigkeit. Nach neuesten Erkenntnissen passt das Männchen die Struktur seines Gesangs dynamisch an visuelles Feedback vom Weibchen an. Während durch Genanalysen bereits gezeigt wurde, welche Nervenzellen im Männchen die Gesangserzeugung steuern, ist die funktionelle Organisation des Gesangsschaltkreises noch unbekannt. Insbesondere sind die neuronalen Grundlagen der dynamischen Gesangsanpassung durch sensorisches Feedback noch nicht verstanden.Daher möchte ich untersuchen wie das Paarungsverhalten der Taufliege aus strukturierter Aktivität neuronaler Schaltkreise entsteht:Erstens möchte ich den Einfluss von Temperatur auf die Gesangsdynamik untersuchen, um zu zeigen ob das Paarungsverhalten über den verhaltensrelevanten Temperaturbereich robust ist. Insbesondere werde ich untersuchen ob und wie sensorisches Feedback sich mit der Temperatur verändert, und wie sich dies auf die Gesangsdynamik auswirkt.Zweitens werde ich mittels optogenetischer Aktivierung von Nervenzellen des Gesangsschaltkreises untersuchen, wie diese Nervenzellen zur Gesangsdynamik beitragen. Dies hilft beim Verständnis der Umwandlung von neuronaler Aktivität in Verhaltensmuster.Drittens werde ich mittels closed-loop Optogenetik (Aktivierung wird hierbei an bestimmte Gesangsmerkmale gekoppelt) untersuchen, wie sich Feedback auf die Gesangsdynamik auswirkt. Dies hilft beim Verständnis, wie sensorisches Feedback des Weibchens in kürzester Zeit vom Gesangsschaltkreis des Männchens in eine Anpassung des Gesangs umgewandelt wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Mala Murthy, Ph.D.