Wie externe Signale das Verhalten von Tieren modulieren: Direkte Effekte des Lichtes auf das rhythmische Schlupfverhalten von Drosophila melanogaster.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein an die Tageszeit angepasstes Verhalten von Tieren ist äußerst wichtig für deren Fitness. Licht beeinflusst das tägliche Verhalten auf zwei Arten: (1) zum Einen wirkt die zyklische Veränderung in der Lichtintensität als synchronisierendes Signal, das die innere (zirkadiane) Uhr an einen 24h Rhythmus anpasst; (2) zum Anderen moduliert Licht das Verhalten aber auch direkt, denn es erhöht die Aufmerksamkeit, Bewegung, Körpertemperatur und den Herzschlag in tagaktiven Tieren, einschließlich Menschen, und unterdrückt Aktivität und fördert Schlaf in nachtaktiven Tieren. Diese direkten Lichteffekte sind unabhängig von der zirkadianen Uhr, können aber uhrgesteuerte Verhalten überschreiben oder verstärken und werden daher als maskierende Lichteffekte bezeichnet. Diese sind essentiell für direkte Antworten eines Tieres auf Veränderungen in seiner Umwelt und für die gezielte Anpassung des Verhaltens. In Drosophila melanogaster werden direkte Lichteffekte über die Augen vermittelt und sind als „Licht-an“-Antworten im Schlupfrhythmus und im Aktivitätsrhythmus zu beobachten. Der Schlupf ist durch die innere Uhr auf den frühen Tag gelegt, um das Vertrocknen der frisch geschlüpften Fliegen zu verhindern und so die Überlebenschancen zu erhöhen. Ein Lichtsignal löst als direkte Antwort auf den externen Stimulus einen sofortigen Anstieg der Schlupfrate aus. Ebenso löst Licht einen unmittelbaren Anstieg der lokomotorischen Aktivität aus. Die neuronalen Netzwerke die diesen direkten Einfluss von Licht zugrunde liegen sind wenig untersucht. In diesem Projekt beginnen wir die neuronalen Mechanismen direkter Lichteffekte zu beschreiben und zeigen, wie zirkadiane Rhythmen durch Signale der Umwelt beeinflusst werden können. Wir konnten zeigen, dass die direkten Lichteffekte auf den Schlupfrhythmus durch blaulichtempfindliche Photorezeptoren der Augen vermittelt werden. Im Gegensatz dazu, wird der direkte Lichteffekt auf die nächtliche Bewegungsaktivität durch verschiedene lichtempfindliche Zellen und Organe ausgelöst, die den Verlust der jeweils anderen kompensieren können. Die direkten Effekte des Lichts auf das zirkadiane Verhalten scheinen also von verschiedenen Licht-detektierenden Zellen abzuhängen. Das Projekt hat damit begonnen, die neuronalen Mechanismen hinter den direkten Lichtantworten aufzudecken und beschreibt wie externe Signale Gehirnaktivität und damit Verhalten modulieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Antinociceptive modulation by the adhesion GPCR CIRL promotes mechanosensory signal discrimination. eLife, 9.
Dannhäuser, Sven; Lux, Thomas J.; Hu, Chun; Selcho, Mareike; Chen, Jeremy T.-C.; Ehmann, Nadine; Sachidanandan, Divya; Stopp, Sarah; Pauls, Dennis; Pawlak, Matthias; Langenhan, Tobias; Soba, Peter; Rittner, Heike L. & Kittel, Robert J.
-
Dopamine Signaling in Wake-Promoting Clock Neurons Is Not Required for the Normal Regulation of Sleep inDrosophila. The Journal of Neuroscience, 40(50), 9617-9633.
Fernandez-Chiappe, Florencia; Hermann-Luibl, Christiane; Peteranderl, Alina; Reinhard, Nils; Senthilan, Pingkalai R.; Hieke, Marie; Selcho, Mareike; Yoshii, Taishi; Shafer, Orie T.; Muraro, Nara I. & Helfrich-Förster, Charlotte
-
Endocrine signals fine-tune daily activity patterns in Drosophila. Current Biology, 31(18), 4076-4087.e5.
Pauls, Dennis; Selcho, Mareike; Räderscheidt, Johanna; Amatobi, Kelechi M.; Fekete, Agnes; Krischke, Markus; Hermann-Luibl, Christiane; Ozbek-Unal, Ayten Gizem; Ehmann, Nadine; Itskov, Pavel M.; Kittel, Robert J.; Helfrich-Förster, Charlotte; Kühnlein, Ronald P.; Mueller, Martin J. & Wegener, Christian
-
Immediate effects of light on circadian eclosion and locomotor activity depend on distinct sensory input pathways. Cold Spring Harbor Laboratory.
Bidell, Daniel; Feige, Natalie-Danielle; Triphan, Tilman; Müller, Claudia; Pauls, Dennis; Helfrich-Förster, Charlotte & Selcho, Mareike
