Ähnlich und doch anders: Vergleichende Neuroanatomie der chemo- und mechanosensorischen Systeme beim Kammorgan der Skorpione

• Antragsteller: Dr. Torben Stemme
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418446511

Der chemische Sinn ist eine essentielle Sinnesmodalität für die meisten Lebewesen. Innerhalb der Arthropoda, des Tierstamms mit der höchsten Diversität, sind die primären chemosensorischen Organe – die ersten Antennen – bei zahlreichen Vertretern mit dem zweiten Kopfsegment assoziiert. Die Riechbahnen der Mandibulata (Hexapoda, Crustacea und Myriapoda) sind ausgesprochen ähnlich aufgebaut und ihre primären olfaktorischen Zentren ähneln in einigen Aspekten sogar dem olfaktorischen Bulbus der Vertebrata. Das verbleibende Taxon innerhalb der Euarthropoda, die Chelicerata, besitzt keine spezialisierten chemosensorischen Körperanhänge am zweiten Kopfsegment. Eine besonders faszinierende Lösung um das Fehlen von Antennen zu kompensieren findet sich bei Skorpionen. Diese Gruppe besitzt sogenannte Kammorgane als spezialisierte chemosensorische Anhänge, die ähnlich den ersten Antennen der Mandibulata auch mechanosensorische Funktion übernehmen. Die Kammorgane liegen auf der ventralen Körperseite, direkt hinter Laufbeinen und Geschlechtsöffnung. Diese Organe sind mit mehreren tausend chemo- und mechanosensorischer Sensillen bestückt, welche auf der Ventralseite eines jeden Zahns bzw. Pegs positioniert sind. Kammorgane spielen vermutlich eine wichtige Rolle beim Untersuchen des Substrates als Kontakt-Chemorezeptoren.Die sensorischen Afferenzen innervieren zahlreiche (lobuläre bzw. glomeruläre) Kompartimente des zentralnervösen Kammorgan-Neuropils. Diese Kompartimente ähneln der glomerulären Organisation der olfaktorischen Zentren bei den Mandibulata. Erste backfill-Experimente zeigten ein somatotopisch geordnetes Projektionsmuster der Peg-Sensillen – ein für chemosensorische Systeme eher untypisches Muster, welches dagegen typisch für mechanosensorische Neuropile ist. Es stellt sich daher die Frage, wie chemo- und mechanosensorische Eingänge der Kammorgane integriert werden.Im vorliegenden Projekt werden die neuroanatomischen Eigenschaften der Kammorgan-Neuropile sowie deren aufsteigende Projektionen im Detail untersucht. Wir fokussieren hierbei auf alle Komponenten dieses Systems: Projektionen der chemosensorischen Neurone aus der Peripherie in das Zentralnervensystem, Struktur und Anatomie der vermeintlichen Glomeruli im Kammorgan-Neuropil, Charakteristika der lokalen Interneurone und ihre Transmitter, sowie die Konnektivität zu höheren Integrationszentren mittels Projektionsneuronen. Wir werden einen Vergleich zwischen chemo- und mechanosensorischen Projektionen anstellen um den Integrationsmodus dieser beiden Sinnesmodalitäten zu charakterisieren. Des Weiteren werden Aspekte der Kammorgan-Entwicklung in allen Projektteilen angesprochen, besonders aber in Bezug auf die sensorischen Strukturen und ihre primären Projektionsmuster. Dies wird unsere Kenntnis potentieller funktionaler Randbedingungen und Erfordernisse in der Organisation chemo- und mechanosensorischer Neuropile und deren Interaktion weiter vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen