Die evolutionären Mechanismen zur Optimierung der Struktur und Funktion des neuronalen Schaltkreises zur Himmelsnavigation von Insekten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Katja Nowick; Professor Dr. Mathias Wernet
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430155144

Insekten sind die artenreichste Gruppe im Tierreich mit sowohl grossem ökologischen als auch ökonomischem Nutzen für die Menschheit. Für erfolgreiches Jagen, Sammeln, oder Ausbreiten benötigen die meisten freilebenden Insekten ein beträchtliches Navigationstalent, für welches sie auf verschiedene visuelle Stimuli wie Himmelsgestirne oder polarisiertes Himmelslicht zurück greifen. Die Augen verschiedener Insektenspezies weisen zwar grosse morphologische Unterschiede auf, doch neuere Studien deckten auffällige Gemeinsamkeiten zwischen ihren retinalen Mosaiken auf. So hat eine systematische morphologische Charakterisierung in so gut wie allen analysierten Insekten zwar spezialisierte retinale Detektoren für polarisiertes Himmelslicht nachweisen können, doch bleibt es unbekannt, ob diese Strukturen und ihre nachgeschalteten neuronalen Netzwerke evolutionär konserviert sind. Ferner wissen wir nicht, wie ihre Struktur (Verschaltung) und Funktion (Computation) an die diversen ökologischen Nischen verschiedener Spezies angepasst werden. In diesem Antrag werden wir 3 Hypothesen testen: (1) Der molekulare Mechanismus der Spezifikation von Himmelslichtdetektoren ist evolutionär konserviert, (2) Variationen im Transcriptionsfaktornetzwerk passen das Detektorensystem an spezies-spezifische Bedürfnisse an, und (3) Genprodukte mit spezifischer Expression in nachgeschalteten Netzwerkelementen bilden evolutionär konservierte neuronale Netzwerke. Wir benutzen molekulargenetische Methoden aus der Fliege Drosophila in Kombination mit verschiedenen bioinformatischen Methoden für den Vergleich regulatorischer Sequenzen, Transkriptionsfaktorbindestellen, Transkriptionsfaktor-Netzwerken und Expressionsprofilen. Ziel ist es, jene evolutionär konservierten Mechanismen und spezies-spezifiche Variationen zu charakterisieren, welche den neuronalen Netzwerken zur Himmelsnavigation in Insekten zu Grunde liegen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme