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Fische auf der Flucht

26.06.2015

Reflexartig weichen Menschen und Tiere einem schnell herannahenden Objekt aus. Dadurch vermeiden sie Kollisionen oder entkommen Fressfeinden, die ihnen auflauern. Damit dies möglich ist, muss das Gehirn Richtung und Geschwindigkeit eines Reizes mit seinem Sehsystem berechnen und ein entsprechendes Ausweichmanöver einleiten. Wie das Gehirn dies bewerkstelligt, ist zum größten Teil unklar.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried bei München haben nun in Zebrafischlarven gezeigt, was einen herannahenden Feind ausmacht und in welcher Gehirnregion der Feind als Bedrohung erkannt und die Fluchtreaktion eingeleitet wird.


Das Zebrafisch-Tectum erkennt ein herannahendes Objekt als Bedrohung. Ihre Informationen erhält diese Gehirnregion von Nervenzell-Axonen der Netzhaut (hier blau gefärbt).

Max-Planck-Institut für Neurobiologie / Temizer

Ducken! Dieser Hinweis ist in der Regel gar nicht nötig, wenn wir sehen, dass sich uns ein Objekt auf Kollisionskurs nähert. Egal ob Fliege, Fisch, Maus oder Mensch – solch eine Situation löst in der Regel eine stereotype Ausweichreaktion aus. So können potentielle Räuber oder Verletzungen vermieden werden.

"Da das Verhalten quer durch das Tierreich so ähnlich ist, gibt es dafür wahrscheinlich ein festverdrahtetes Programm im Gehirn", fasst Incinur Temizer den Kern ihrer Doktorarbeit zusammen. In der Abteilung von Herwig Baier am Max-Planck-Institut für Neurobiologie untersucht sie an diesem Beispiel, wie das Gehirn Sinneseindrücke in Verhaltensantworten umwandelt.

Incinur Temizer und ihre Kollegin Julia Semmelhack konnten nun zeigen, dass bereits wenige Millimeter große Zebrafischlarven fliehen, wenn sich ein Objekt auf sie zubewegt. Um die Lage der zuständigen Schaltkreise im Gehirn einzuengen, bestimmten die Wissenschaftler zunächst einmal den genauen Auslöser des Fluchtreflexes.

In verschiedenen Versuchen zeigten die Forscher den Fischen daher eine Palette von Objekten, die größer, kleiner, heller oder dunkler wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass eine dunkle, größer werdende Scheibe den Fluchtreflex am zuverlässigsten auslöst.

Die Forscher konnten nun die Gehirnaktivität in Antwort auf diesen "Schlüsselreiz" mit optischen Methoden messen. Dies ist möglich, da die kleinen Fischchen komplett durchsichtig sind. Mit Hilfe einer genetischen Modifikation leuchten die Hirnareale unter dem Mikroskop auf, die gerade aktiv sind. So konnten die Wissenschaftler aus der Masse der Zellen nach und nach herausfiltern, wo der drohende Feind erkannt und der Fluchtreflex ausgelöst wird.

Durch das Bild des herannahenden Feindes auf der Netzhaut werden ganz bestimmte Ganglienzellen aktiviert. Diese leiten ihre Information in das sogenannte Tectum im Fischgehirn weiter. Im Tectum werden Objekte einem Ort im visuellen Raum zugeordnet und Bewegungen zu oder weg von diesen Objekten koordiniert.

"Wir konnten erstmals zeigen, dass die Nervenzellen der Netzhaut ein herannahendes Objekt erkennen und durch Verbindungen zum Tectum das Ausweichmanöver einleiten", fasst Julia Semmelhack das Ergebnis der gerade publizierten Studie zusammen. Ein recht eindeutiges Ergebnis, denn als die Forscher den Input der Ganglienzellen in das Tectum unterbrachen, waren die Fische nicht vollständig blind, reagierten aber nicht mehr auf herannahende Objekte.

ORIGINALVERÖFFENTLICHUNG:
Incinur Temizer, Joseph Donovan, Herwig Baier, Julia Semmelhack
A visual pathway for looming-evoked escape in larval zebrafish
Current Biology, online am 25. Juni 2015

KONTAKT:
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 - 3514
E-Mail: merker[a]neuro.mpg.de

Prof. Dr. Herwig Baier
Abteilung Gene – Schaltkreise – Verhalten
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 3200
Email: hbaier[a]neuro.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.neuro.mpg.de - Webseite des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie
http://www.neuro.mpg.de/baier/de - Webseite der Abteilung von Prof. Dr. Herwig Baier

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

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