Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

nMLF-Nervenzellen machen Fische schneller

25.07.2014

Laufen wir eine Straße entlang, können wir gemächlich schlendern, schnell gehen oder rennen. Die dafür notwendigen abwechselnden Bewegungen der Beine werden von speziellen Nervenzellansammlungen im Rückenmark kontrolliert. Woher diese zentralen Mustergeneratoren (ZMG) wissen, wie schnell die Beine bewegt werden müssen, ist unklar.

Wissenschaftler der Harvard Universität und des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried fanden nun einzelne Nervenzellen im Hirn von Zebrafischlarven, die ihre Schwimmgeschwindigkeit steuern. Auch menschliche Bewegungen werden über ZMG gesteuert. Dank dieser Ergebnisse lässt sich besser verstehen, wie das Gehirn rhythmische Bewegungen moduliert.


Nervenzellen der Netzhaut (grün) schicken ihre Verbindungen von den Augen (gelb) ins Gehirn der Zebrafischlarve. In Rot erscheinen die Zellen, die Gehirn und Rückenmark miteinander verbinden.

(c) MPI für Neurobiologie / Portugues

Schon in früher Kindheit lernen wir, die Füße in einem gleichmäßigen Rhythmus voreinander zu setzen. Einmal gelernt, sorgen kleine Nervenzellansammlungen im Rückenmark, die zentralen Mustergeneratoren (ZMG), dafür, dass diese Abfolge nahezu automatisch läuft: Wir müssen nicht bei jedem Schritt neu überlegen, wann und wie weit wir den nächsten Fuß setzen. Einmal in Gang gesetzt schicken die ZMG-Nervenzellen ihre Impulse auch ohne weitere Anstöße. Doch wie werden diese Zellen angeregt und wie teilt ihnen das Gehirn mit, wie schnell die Beine bewegt werden müssen?

Fische mit Viergang-Getriebe

Ruben Portugues und seine Kollegen haben an Zebrafischlarven untersucht, wie Gehirn und ZMG miteinander verbunden sind. Die Tiere verfügen über verschiedene Methoden, um ihre Geschwindigkeit zu erhöhen: Sie können länger mit ihrem Schwanz schlagen, den Schwanz stärker bewegen, die Zeit zwischen den Perioden mit Schwanzbewegungen verkürzen oder in einen ganz anderen Bewegungsrhythmus oder Gang wechseln – ähnlich einem Pferd, das von Trab in den Galopp wechselt.

Um zu verstehen, wie das Gehirn diese verschiedenen Schwimmarten auslöst, konzentrierten sich die Neurobiologen auf eine Gruppe von zirka 20 Nervenzellen, die ihre Fortsätze vom Mittelhirn ins Rückenmark aussenden. Es war bekannt, dass die Zellen dieser nMLF-Region während des Schwimmens aktiv sind. Nun konnten die Wissenschaftler zeigen, dass das Stimulieren dieser Zellen Schwimmbewegungen ausgelöst.

Wie die Forscher nun im Fachjournal Neuron berichten, erhalten die Zellen des zentralen Mustergenerators den ersten Anstoß für eine Bewegung somit von Nervenzellen der nMLF-Region. Zudem fanden sie heraus, dass es den Fischen zudem nahezu unmöglich ist, ihre Schwimmgeschwindigkeit zu verändern, wenn vier bestimmte nMLF-Zellen ausgeschaltet werden.

Nicht mehr sondern vermehrte Aktivität

Die Aktivität von Nervenzellen kann mit Hilfe von Kalzium-empfindlichen Farbstoffen sichtbar gemacht werden. Da Zebrafischlarven durchsichtig sind, konnten die Wissenschaftler die Aktivität einzelner nMLF-Zellen direkt durch das Mikroskop beobachten. "Richtig spannend wurde es, als die Tiere dann zwischen den verschiedenen Geschwindigkeiten wechselten", berichtet Ruben Portugues, der seit kurzem eine Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Neurobiologie leitet. "Wir hatten eigentlich erwartet, dass für schnelleres Schwimmen einfach mehr nMLF-Zellen gleichzeitig aktiv sind."

Stattdessen fanden die Wissenschaftler heraus, dass bereits aktive Nervenzellen beim schnelleren Schwimmen noch aktiver werden. "Wie eine höhere Aktivität im Detail zu schnelleren Bewegungen führt, wissen wir noch nicht", so Portugues. Die Wissenschaftler konnten jedoch zeigen, dass einzelne nMLF-Zellen, die sogenannten MeLR-Zellen, die Länge der Schwimmphasen und sogenannte MeLc-Zellen die Schlagfrequenz des Schwanzes steuern. Bisher waren die nMLF-Region und ihre Zellen zwar bekannt, doch niemand wusste, was sie steuern oder wie sie dies tun. "Nun, da wir sozusagen das Getriebe für die Schwimmbewegungen gefunden haben, ist die nächste Frage wie und wo das Gehirn entscheidet, welchen Gang es einlegen möchte", fasst Ruben Portugues die nächste Herausforderung zusammen.

Originalveröffentlichung:
Kristen Severi*, Ruben Portugues*, Joao Marques, Donald O'Malley, Michael Orger, Florian Engert (*gleichrangiger Beitrag)
Neural control and modulation of swimming speed in the larval zebrafish
Neuron, 24. Juli 2014

Kontakt:
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 - 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de
www.neuro.mpg.de

Dr. Ruben Portugues
Max-Planck-Forschungsgruppe Sensomotorische Kontrolle
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 3492
Email: rportugues@neuro.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.neuro.mpg.de - Webseite des MPI für Neurobiologie
http://www.neuro.mpg.de/portugues/de - Webseite der Gruppe von Dr. Ruben Portugues

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

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: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

moove und Sony Lifelog machen mobil

17.01.2017 | Unternehmensmeldung

Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

17.01.2017 | Physik Astronomie

Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?

17.01.2017 | Geowissenschaften