Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die neurobiologische Konsequenz des Räuberns oder Grasens

18.01.2013
Tübinger Forscher vergleichen die Verschaltungen im Nervensystem zweier Wurmarten

Forscher um Ralf Sommer vom Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie haben erstmals neuronale Korrelate für unterschiedliche Verhaltensweisen nachgewiesen, indem sie die Muster der synaptischen Verbindungen, die sogenannten Konnektome, in zwei nahrungsökologisch unterschiedlichen Wurmarten miteinander verglichen haben.

Sie verglichen das Schlund-Nervensystem von Caenorhabditis elegans, einem reinen Bakterienfresser, mit dem von Pristionchus pacificus, einem fakultativ räuberischen Allesfresser, und entdeckten große Unterschiede in der Verschaltung der Neurone.

Eine überaus spannende Frage ist, inwieweit sich bestimmte Verhaltensweisen in den synaptischen Verschaltungen zwischen Nervenzellen widerspiegeln. Die Beantwortung dieser Frage bedarf eines vergleichenden Ansatzes, welcher bisher selbst bei einem so überschaubaren Organismus wie dem Fadenwurm an technischen Beschränkungen bei der Präparation sowie der Auswertung der umfangreichen Datenmengen scheiterte. Dan Bumbarger und seine Kollegen haben sich das vom Körper-Nervensystem relativ unabhängige, in sich geschlossene Pharynx-Nervensystem von P. pacificus und C. elegans vorgenommen, das bei beiden Arten aus genau 20 Nervenzellen besteht. Diese 20 Nervenzellen steuern die Kontraktionen der Schlundmuskulatur, durch die die Nahrung aufgenommen und für die Verdauung im Darm vorbereitet wird.

Bumbarger fertigte Ultradünnschnitte von zwei Pristionchus-Exemplaren an und verglich Zahl und Lage der Synapsen mit den bereits bekannten Daten von C. elegans. Trotz der überschaubaren Größe eines Nematoden nahmen Präparation und Auswertung der beiden Exemplare über drei Jahre in Anspruch: Jede der rund 150 Mikrometer (Tausendstel Millimeter) langen Pharynx-Regionen ergab über 3000 Schnitte, die einzeln unter dem Elektronenmikroskop ausgewertet werden mussten.

Die umfangreiche Arbeit lieferte zunächst ein erstaunliches Ergebnis: „Jede der 20 Nervenzellen von Pristionchus pacificus lässt sich aufgrund ihrer Form und ihrer Position genau einer Partnerzelle bei Caenorhabditis elegans zuordnen“, erklärt der Wissenschaftler, „und das, obwohl sich die Entwicklungslinien der beiden Wurmarten bereits vor über 200 Millionen Jahren getrennt haben und die Tiere sich in ihrem Fressverhalten und in der Anatomie ihrer Mundregion deutlich voneinander unterscheiden.“ Denn während C. elegans sich ausschließlich von Bakterien ernährt, kann P. pacificus bei Nahrungsknappheit zum Räuber werden und andere Würmer als Nahrungsquelle nutzen.

Diese Unterschiede finden sich auch in der Zahl und Position der Synapsen, mit denen die Nervenzellen untereinander und mit anderen Zelltypen in Kontakt stehen. Während bei C. elegans nur 9 von 20 Nervenzellen so genannte Motoneurone sind, die über ihre synaptischen Kontakte vornehmlich Muskelzellen aktivieren, sind es bei P. pacificus 19; lediglich eine Nervenzelle fungiert ausschließlich als Interneuron, das der Verschaltung der Nervenzellen untereinander dient. „Das lässt auf tiefgreifende Unterschiede im Informationsfluss schließen“, sagt Ralf Sommer. Offenbar sei die Bewegungsregulation bei P. pacificus wesentlich komplexer – ein Befund, der gut mit dem variablen Fressverhalten des räuberischen Wurms korreliert.

Mithilfe zum Teil neu entwickelter bioinformatischer Methoden verglichen die Tübinger auch die Relevanz einzelner Nervenzellen und Schaltstellen für das gesamte Netzwerk. Dabei zeigte sich, dass zwei Nervenzellen im vorderen Schlundbereich bei P. pacificus deutlich an Bedeutung gewonnen haben: Sie sind für die Steuerung der Muskulatur des bei Pristionchus mit Zähnen besetzten Mundes zuständig. „Die vordere Mundpartie mit den Zähnen ist vor allem während eines räuberischen Angriffs sehr aktiv“, erläutert Sommer, „nicht hingegen beim Fressen von Bakterien.“ Bei C. elegans dagegen, dem Zähne völlig fehlen, wirken diese beiden Nervenzellen ausschließlich als Interneurone. In den hinteren Schlund-Abschnitten gibt es ebenfalls auffallende Unterschiede. Dort besitzt C. elegans eine muskuläre Raspelplatte, mit deren Hilfe die ausschließlich bakterielle Nahrung zerkleinert wird. Bei P. pacificus, der keine Raspelplatte besitzt, werden die entsprechenden Muskelzellen zum Teil gar nicht von Motoneuronen innerviert.
„Die synaptischen Verschaltungsmuster spiegeln die grundlegenden Unterschiede im Fressverhalten von P. pacificus und C. elegans somit sehr gut wider“, resümiert Ralf Sommer. Ein derart deutliches Ergebnis hatte der Max-Planck-Direktor selbst nicht unbedingt erwartet. Denn andere Forschungsarbeiten an sehr viel einfacheren Verschaltungen – etwa bei der Meeresschnecke Aplysia – deuteten darauf hin, dass Verhaltensänderungen nicht immer mit Änderungen an der Zahl und Lage der Synapsen einhergehen müssen. Unterschiede in den physiologischen Eigenschaften der Nervenzellen oder in der Modulation durch Neurotransmitter können in manchen Systemen hierfür durchaus ausreichen.

Originalpublikation:
Daniel J. Bumbarger, Metta Riebesell, Christian Rödelsperger, Ralf J. Sommer: System-Wide Rewiring Underlies Behavioral Differences in Predatory and Bacterial Feeding Nematodes. Cell (2013), 17 January 2013; doi: 10.1016/j.cell.2012.12.013

Ansprechpartner:
Ralf J. Sommer
Tel.: 07071 601- 371
E-Mail: ralf.sommer(at)tuebingen.mpg.de

Dan Bumbarger
Tel.: 07071 601- 440
E-Mail: daniel.bumbarger(at)tuebingen.mpg.de

Janna Eberhardt | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.tuebingen.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa
27.02.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht Neurobiologie - Vorausschauend teilen
27.02.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik