Retinale Netzwerke im Rotkehlchen

• Antragstellerin: Dr. Anja Günther
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508628753

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Vögel haben ein exzellentes visuelles System, auf das sie in vielen Lebenssituationen wie der Nahrungs- oder Partnersuche angewiesen sind. In der Netzhaut im Auge befinden sich Photorezeptoren, welche in Zapfen und Stäbchen unterteilt werden können und entweder bei hohen oder niedrigen Lichtintensitäten operieren. Neben Reptilien haben Vögel die höchste Diversität an Zapfen, denn sie haben zusätzlich zu rot-, grün- und blau-sensitiven Zapfen, welche die menschliche Netzhaut auch besitzt, auch noch einen Rezeptor für ultraviolettes Licht und einen sogenannten Doppelzapfen. Dieser besteht aus zwei Untereinheiten, deren Funktion bis heute noch ungeklärt ist. Wie jedoch werden in der Netzhaut Informationen wie Farbensehen, hochauflösende Details oder die eigene Bewegung aus Lichtsignalen extrahiert? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir verstehen, wie die Informationen der einzelnen Photorezeptoren schon innerhalb der Retina prozessiert werden, bevor sie zum Gehirn weitergeleitet werden. Dieses Projekt zielte darauf ab, tiefere Einblicke in die neuronale Konnektivität der bisher wenig untersuchten Vogelnetzhaut zu erhalten und artspezifische aber auch regionale Unterschiede aufzuzeigen (zentrale vs. periphere Netzhaut). Das Rotkehlchen bietet durch seine Fovea (Ort des schärfsten Sehens) die Möglichkeit, Einblicke in die Verarbeitung von allen oben genannten Informationen zu liefern. Mittels eines mehrstrahligen Rasterelektronenmikroskopes, konnten wir zwei hochauflösende (Nanometerskala) Datensätze aus unterschiedlichen Bereichen der Netzhaut des Rotkehlchens erstellen, und die Unterschiede in der Konnektivität in peripheren und zentralen Bereichen der Netzhaut untersuchen. Ein Vergleich mit früheren Ergebnissen aus der Netzhaut des Huhns zeigte, dass zum Beispiel Bipolarzellen beider Arten eine hohe Übereinstimmung zwischen den einzelnen Zelltypen, jedoch deutliche Unterschiede dieser in ihrer Konnektivität zu Zapfen aufweisen, welche eine Anpassung an ihre unterschiedlichen Lebensräume darstellen könnte. Ein Großteil der identifizierten Bipolarzelltypen, aber auch die Hälfte der analysierten Horizontalzelltypen, kontaktiert überwiegend Doppelzapfen, teilweise sogar hochselektiv nur einen seiner Untereinheiten. Vergleiche zu bereits funktional charakterisierten Netzhäuten, wie der Schildkröte, lassen spekulieren, dass der Doppelzapfen in die Weiterleitung von nichtfarbspezifischen Informationen wie Bewegung oder hochauflösenden Details zuständig ist und Farbensehen durch die farbsensitiven Einzelzapfen gewährleistet wird. Diese Ergebnisse legen den Grundstein für ein besseres Verständnis von der Signalweiterleitung innerhalb der Vogelnetzhaut und ein umfangreicher Vergleich zu anderen Wirbeltierklassen wird wichtige Einblicke in evolutionäre Entwicklungen der Netzhaut geben. Detaillierte funktionale Analysen der Vogelnetzhaut sind dringend notwendig, um die identifizierten Schaltkreise mit spezifischen Sehinformationen in Verbindung zu bringen und auch die Aufgaben von Doppelzapfen in der Retina weiter zu charakterisieren.

Link zum Abschlussbericht

https://doi.org/10.4126/FRL01-006510829

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Poster at Göttingen Meeting NWG 2023(GER) Title: Connectivity of photoreceptors and bipolar cells in two avian retinas
  Günther, Anja
  
• Poster at Neuro-Evo 2023 (USA) Title: Species-specific wiring in bipolar cell types in two avian retinas
  Günther, Anja
  
• Talk at ERM2023 (GER) Title: Species-specific wiring in bipolar cell types in two avian retinas
  Günther, Anja
  
• Talk at RIN2023 (UK) Title: The connectivity and morphology of avian retinas and what they might tell us about the birds‘ visual and magnetic compasses
  Günther, Anja
  
• Poster at FASEB 2024 (USA) Title: New insights into the connectivity of avian horizontal cells
  Günther, Anja
  
• Poster at Neuronal Circuits 2024 (USA) Title: Species–specific circuitry of double cone photoreceptors in the avian retina
  Günther, Anja
  
• Species–specific circuitry of double cone photoreceptors in two avian retinas. Communications Biology, 7(1).
  Günther, Anja; Haverkamp, Silke; Irsen, Stephan; Watkins, Paul V.; Dedek, Karin; Mouritsen, Henrik & Briggman, Kevin L.