Neurobiologische Charakterisierung eines Photorezeptorsystems ("Mondlichtrezeptor") als strukturelle Basis für lunarperiodisches Timing bei der marinen Felswattmücke Clunio marinus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Entdeckung von vielerlei potentiellen Photorezeptoren bei der Larve der Wattmücke Clunio marinus in der ersten Förderungsperiode unseres Projektes ergab viele Fragestellungen bezüglich der Spezifität der verwendeten immunhistologischen, genetischen und physikochemischen Methoden, bevor unsere Befunde für Publikationen hinreichend abgesichert waren. Deshalb haben wir im Verlängerungsjahr der Projektförderung umfassende Serien der verschiedenen Altersstadien bei beiden Stämmen, Vigo und Helgoland, in unterschiedlichen Tages- und Mondphasen analysiert. Die möglichen Photorezeptorzellen im Körper der Mücke wurden mit einer breiten Palette von photorezeptorspezifischen Antikörpern angefärbt und im Licht- und Elektronenmikroskop analysiert. Zusätzlich wurden in Kooperation mit einem Labor des Max Planck Institutes für chemische Ökologie, Jena. Clunio-spezifische Opsine sequenziert. Die daraus hergestellten Antikörper wurden für Pilotversuche zur In-Situ Hybridisierung eingesetzt. Des weiteren konnten durch hochauflösende Röntgenstrahlanalysen im Synchrotronlabor die Elemente in den Schirmpigmenten der Ocelli durch Mikro-Röntgenfluoreszenz identifiziert werden; durch 3D-Mikroröntgentomographische Untersuchungen am BESSY wurden in einem "Whole-Mount" die Mikroarchitektur der inneren Organe und des Nervensystems der Mückenlarve mit einer Auflösung unter 1 pm verzerrungsfrei räumlich dargestellt. Mittels eines speziellen selbstentwickelten Messgeräts konnte in Vorversuchen an einem litoralen Küstenstandort die Dynamik des Sonnen- und Mondlichts submarin gemessen werden, um damit zukünftig eine Referenz für die Hypothese zu haben, ob und wie beide Beleuchtungsprogramme zur Synchronisation des Multioszillatorsystems in der Mückenlarve herangezogen werden können. Zusammenfassend hat sich ergeben, - dass die Mücke über ein komplexes System von lichtverarbeitenden Rezeptor-Systemen verfügt, die nicht nur als retinale (larvale Ocelli und Komplexaugen) sondern auch als extraretinale Photorezeptoren vorkommen. - dass das Schirmpigment der Larvalocellen in der Zeit des nächtlichen Mondscheins ausbleicht. Dieses „Mondlichtfenster" wird von einer endogenen „Monduhr" gesteuert. - dass die retinalen Photorezeptoren rhabdomere Lichtsinneszellen haben, während die extraretinalen Sinneszellen Cilien haben. - dass dementsprechend auch die immunhistologischen Nachweise für Photopigmente und die zugehörigen Enzyme der Phototransduktionskaskade in beiden Systemen grundsätzlich verschieden sind. - dass die Expression, bzw. die Immunnachweise für die entsprechenden Pigmente und Enzyme unterschiedlich sind, in Abhängigkeit vom physiologischen Alter der Tiere (Larvenstadium), von der circadianen Phasenlage und von der Phase des simulierten 30tägigen Mondlichtzyklus. - dass diese Unterschiede mit hoher Wahrscheinlichkeit der Kontrolle verschiedener endogener Prozesse unterliegen. Damit scheint der Mücke ein lichtempfindliches (sowohl circadian als auch circalunar kontrolliertes) Filtersystem zur Verfügung zu stehen, über das Sonnen- und Mondlichtprogramme getrennt wahrgenommen werden können und damit als differenzierte Zeitgeber für die endogenen Tages- und Monduhren dienen können, die phasengerecht die Funktionen und Funktionswechsel der diversen Organsysteme während der Metamorphose und als Vorbereitung des lunaren und tageszeitlich präzisen Schlüpfvorgangs kontrollieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2002) Histological and immunocytochemical evidence for a metasomal light sense in scorpions. Proc. SRBR, Jacksonville, FL. pp 152
Schuchardt, K., Fleissner, Ge., and Fleissner, Gue.
- (2003) Der metasomale Lichtsinn des Skorpions: Eine immunhistologische und feinstrukturelle Untersuchung. Fachbereich Biologie und Informatik. PhD-Thesis, Goethe-Universität, Frankfurt a. M.
Schuchardt, K.
- (2003) Nonvisual photoreceptors in arthropods with emphasis on their putative role as receptors of natural Zeitgeber stimuli. Chronobiol Int 20: 593-616
Fleissner, Gue., and Fleissner, Ge.
- (2005) A moonlight receptor for circalunar rhythmicity in Clunio marinus? Shielding pigment in larval ocelli disappears during moonlight nights. Proceedings European Biological Rhythm Society 3: 131
Fleissner, Ge., Schuchardt, K., Neumann, D., and Fleissner, Gue.
- (2005) Moon nights modify melanin transparency in larval ocelli shielding pigment. 98. Jahrestagung DZG, Bayreuth Pages 89 (1_Po_21)
Schuchardt, K., Fleissner, Ge., Neumann, D., and Fleissner, Gue.
- (2005) Moon nights modify melanin transparency in larval ocelli shielding pigment. X. Meeting EPBRS Frankfurt a. M. 133
Schuchardt, K., Fleissner, Ge., Neumann, D., Stahl, B., Bali, G., and Fleissner, Gue.
- (2005) Organ-specific Zeitgeber receptors: first candidate structures in the intestine of Clunio marinus. Proceedings European Biological Rhythms Society 3:132
Fleissner, Ge., Schuchardt, K., Neumann, D., and Fleissner, Gue.
- (2006) Element scanning of shielding pigment in the larval ocellus of Clunio marinus. Annual Report HASYLAB, Projekt 1-04.012-B, 2006:1031-1032
Stahl, R., Fleissner, Ge., Schuchardt, K., Neumann, D., Fleissner, Gue.
- (2007) Moon nights modify melanin transparency in larval ocelli shielding pigment. DESY User meeting 2006, Hamburg. 1281
Schuchardt, K., Fleissner, Ge., Neumann, D., Stahl, B., Bali, G. and Fleissner, Gue.
- (2007) Endogenous control of visual adaptation in invertebrates. In: E. Warrant and D.E. Nilsson (eds.) Invertebrate Vision, Cambridge University press, 127-166
Fleissner, Ge. and Fleissner, Gue.
- (2007) Melanosomes in a larval ocellus of an intertidal midge. Annual Report HASYLAB, Project 1-04.012-B, 2006:1337
Fleissner, Ge., Schuchardt, K., Stahl, B., Neumann, D., Fleissner, Gue.
- (2008) A lunar clock changes shielding pigment transparency in larval ocelli of Clunio marinus. Chronobiol Int. 25:17-30
Fleissner, Ge., Schuchardt, K., Neumann, D., Bali, G., Falkenberg, G., and Fleissner, Gue.
- (2008) Larval ocelli as a putative moonlight receptor. In: E. Warrant & D.E. Nilsson (eds.) 2nd International Conference on Invertebrate Vision. Lund University pp.62
Fleissner, Gue., Fleissner, Ge., Schuchardt, K., Neumann, D.
- (2008) Multiple extraretinal photoreceptors in the intertidal midge Clunio marinus. In: E. Warrant & D.E. Nilsson (eds.) 2nd International Conference on Invertebrate Vision. Lund University pp.174
Fleissner, Ge., Fleissner, Gue., Kaiser, T., Schuchardt, K., and Neumann, D.
