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 Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität
25.04.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Wehrhaft gegen aggressiven Sauerstoff - Metalloxid-Nickelschaum-Elektroden in der Wasseraufspaltung
25.04.2017 | Universität Ulm

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: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen