Experimental investigation of mechano-electrical signal transduction in a simple auditory organ [in the hearing organ of bushcrickets]

• Antragstellerin: Professorin Dr. Manuela Nowotny
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 84231963

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Hörorgane eröffnen uns die physikalische Welt der Schallwellen. Bedingt durch die Strukturen des jeweiligen Hörorgans ist z.B. die Frequenzbandbreite, die wahrgenommen werden kann, je nach Art sehr unterschiedlich. Wir haben untersucht wie verschiedene Ohren bei Insekten, vornehmlich Laubheuschrecken, jeweils an ihre verhaltensrelevanten Kommunikationsfrequenzen angepasst sind. So konnten wir eine geschlechtsspezifische auditorische Fovea in den Ohren der Männchen von Ancylecha fenestrata nachweisen und zeigen, wie in den Ohren von Mecopoda elongata die Schwingung der Tympana und Crista acustica mit den erzeugten Gesangsfrequenzen übereinstimmt. Zudem konnten wir nachweisen, dass Schallereignisse in Laubheuschreckenohren langsame Wellen auslösen, sogenannte Wanderwellen, welche in ihren Eigenschaften denen im Innenohr der Säugetiere gleichen. Diese Wellen sind tonotop verteilt und erzeugen durch eine Phasenverzögerung der Organbewegung genügend Kraft, um Transduktionskanäle zu öffnen. Ein Vergleich von mechanischen und neuronalen Abstimmkurven, gemessen an der gleichen Stelle des Hörorgans, der Crista acustica, offenbarte, dass sich mechano-sensitive Ionenkanäle nur öffnen, wenn dieser Phasenunterschied entlang der longitudinalen Organachse vorliegt. Eine einfache Auf-und-Ab-Bewegung (ohne Phasenunterschied) führt nicht zum Öffnen der Ionenkanäle. Dies zeigt, dass nicht alle Stimulus-induzierten Bewegungen in neuronale Reaktionen umgesetzt werden und dass intrinsische Faktoren innerhalb der Sinneszellen, wie die Position der mechano-sensitiven Ionenkanäle nahe der Kappe, bei der mechano-elektrischen Transduktion eine wichtige Rolle spielen. Unsere Untersuchungen haben die Wirkungsweise der Prozesse, welche zur Umwandlung von Schallsignalen in eine neuronale Antwort in den Sinneszellen des Ohres im lebenden Tier beschreiben, aufgeklärt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2010. Acoustic-induced motion of the bushcricket (Mecopoda elongata, Tettigoniidae) tympanum. J Comp Physiol A 196: 939-945
  Nowotny M, Hummel J, Weber M, Möckel D, Kössl M
  
• 2011. Sound Transduction in the Auditory System of Bushcrickets. In: Mechanics of Hearing. Shera C. and Olson E. (Eds.). World Scientific, Singapore, New Jersey, London, Hong Kong, pp. 461-465
  Nowotny M.; Weber M.; Palghat Udayashankar A.; Hummel J.; Kössl M.
  
• 2011. Sound-induced tympanal membrane motion in bushcrickets and its relation to the sensory output. J Exp Biol. 214: 3596-3604
  Hummel J, Kössl M, Nowotny M
  
• 2011. Tonotopically ordered traveling waves in the hearing organs of bushcrickets in-vivo. In: Mechanics of Hearing. Shera C. and Olson E. (Eds.). World Scientific, Singapore, New Jersey, London, Hong Kong, pp. 466-472
  Palghat Udayashankar A.; Kössl M.; Nowotny M.
  
• 2012. In-vivo measurements of tonotopically ordered traveling waves. PLoS One. 7(2): e31008
  Palghat Udayashankar A, Kössl M, Nowotny M
  
• 2012. Temperature-dependence of DPOAEs in tympanal organs. J Exp Biol. 215:3309-3316
  Möckel D, Lang J, Kössl M, Nowotny M
  
• 2013. Mechanical tuning of the moth ear: distortion-product otoacoustic emissions and tympanal vibrations. J Exp Biol.216:3863-3872
  Mora E C, Cobo-Cuan A, Macías F, Pérez M, Nowotny M, Kössl M
  
• 2014. Mechanical basis of otoacoustic emissions in tympanal hearing organs. J Comp Physiol A. 200(7):681-691
  Möckel D, Nowotny M, Kössl M
  
• 2014. Neural processing in the bushcricket auditory pathway. In: Topics of Acoustic Communication in Insects. Hedwig B (Ed.) Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. Volume 1, 2014, pp 143-166
  Stumpner A., Nowotny M.
  
• 2014. Processing of simple and complex acoustic signals in a tonotopically organized ear. Proc Biol Sci. 281(1796): 20141872
  Hummel J, Wolf K, Kössl M, Nowotny M
  
• 2014. Traveling wave energy is lateralized in the hearing organ of bushcrickets. Plos One 9(1): e86090
  Palgath Udajashankar A, Kössl M, Nowotny M
  
• 2016. Auditory fovea in the ear of a duetting katydid shows male-specific adaptation to the female call. Curr Biol. 26(23):R1222-R1223
  Scherberich J, Hummel J, Schöneich S, Nowotny M
  
• 2016. Gating of Acoustic Transducer Channels Is Shaped by Biomechanical Filter Processes. J Neurosci. 36(8):2377-2382
  Hummel J, Schöneich S, Kössl M, Scherberich J, Hedwig B, Prinz S, Nowotny M
  
• 2016. Mechanical and electrical tuning in a tonotopical organized ear. In: Mechanics of Hearing. Corey D.P. and Karavitaki K.D. (Eds.). World Scientific, Singapore, New Jersey, London, Hong Kong, AIP Conference Proceedings 1703, 100001
  Hummel J, Schöneich S, Hedwig B, Nowotny M
  
• 2016. Mechanical investigations of sound-induced responses in a simple ear. In: Mechanics of Hearing. Corey D.P. and Karavitaki K.D. (Eds.). World Scientific, Singapore, New Jersey, London, Hong Kong. AIP Conference Proceedings 1703, 070008
  Nowotny M., Hummel J., Kössl M., Palgath Udajashankar A
  
• 2017. Functional basis of the sexual dimorphism in the auditory fovea of the duetting bushcricket Ancylecha fenestrata. Proc Biol Sci. 284(1865)
  Scherberich J, Hummel J, Schöneich S, Nowotny M
  
• 2017. Morphological basis for a tonotopic design of an insect ear. J Comp Neurol. 525(10):2443-2455
  Hummel J, Kössl M, Nowotny M