Entwicklung und Evolution der Phototaxis: Eine vergleichende Studie zur Funktion der ipRGC bei Fischen

• Antragsteller: Dr. Cesar Bertinetti Cerrato, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 584459308

Licht ist ein zentraler Umweltfaktor, der das Verhalten von Tieren maßgeblich beeinflusst. Eine weit verbreitete lichtgesteuerte Verhaltensweise ist die Phototaxis, also die Bewegung hin zu oder weg von Licht. Phototaxis ist wichtig für Orientierung, Nahrungssuche und Feindvermeidung. Trotz ihrer grundlegenden Bedeutung ist bislang nur wenig darüber bekannt, welche genetischen und neuronalen Mechanismen Phototaxis steuern und wie sich diese Mechanismen während der Entwicklung verändern können. Dieses Projekt untersucht die entwicklungsbedingte Plastizität der Phototaxis anhand zweier Fischarten mit entgegengesetzten Verhaltensmustern. Zebrafischlarven sind zunächst lichtanziehend, wechseln jedoch im Verlauf der Entwicklung zu einer Lichtvermeidung. Im Gegensatz dazu zeigt der Tanganjika-Schneckenbarsch, Lamprologus ocellatus, den umgekehrten Verlauf und entwickelt von einer anfänglichen Lichtvermeidung eine Lichtpräferenz. Diese gegensätzlichen Entwicklungsverläufe bieten ein einzigartiges vergleichendes System, um allgemeine und artspezifische Mechanismen der Verhaltensplastizität zu identifizieren. Im Mittelpunkt des Projekts stehen intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen (ipRGCs). Diese spezialisierten Nervenzellen können Licht direkt wahrnehmen und stellen eine Verbindung zwischen der Lichtdetektion in der Netzhaut und weiterführenden neuronalen Schaltkreisen im Gehirn her. Obwohl ipRGCs eine Schlüsselrolle bei der Phototaxis im Zebrafisch spielen, ist bislang unklar, welche Subtypen dieser Zellen unterschiedliche Lichtpräferenzen vermitteln und wie sich ihre molekularen Eigenschaften während der Entwicklung verändern. Im ersten Teil des Projekts werden ipRGC-Subtypen im Zebrafisch charakterisiert und ihre Veränderungen in Genexpression und Neurotransmitternutzung über verschiedene Entwicklungsstadien hinweg untersucht. Der zweite Teil testet die funktionelle Bedeutung dieser Zelltypen durch gezielte genetische und neuronale Manipulationen sowie durch Verhaltensanalysen. In einem dritten und vierten Schritt wird dieser Ansatz auf L. ocellatus übertragen, um zu prüfen, ob ähnliche Gene und Zelltypen an der entgegengesetzten Phototaxis-Entwicklung beteiligt sind und welche funktionelle Rolle sie dabei spielen. Durch die Kombination von Entwicklungsbiologie, Genetik, Neurobiologie und vergleichender Analyse zielt dieses Projekt darauf ab, zu erklären, wie Veränderungen auf zellulärer Ebene zu schnellen und umkehrbaren Verhaltensänderungen führen können. Die Ergebnisse werden grundlegende Einblicke in die Entwicklung sensorischer Systeme liefern und zeigen, wie evolutionär konservierte Zelltypen unterschiedliche Verhaltensweisen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Stelle