Taufliegen: Licht verlängert das Mittags-Tief

Im Jahr 1989 berichteten die Würzburger Biologen Alois Hofbauer und Erich Buchner in der Zeitschrift „Naturwissenschaften“ über einen unerwarteten Fund: Bei der Taufliege Drosophila hatten sie ein bislang unbekanntes Augenpaar entdeckt.

Die Taufliege galt damals bereits als wichtiger Modellorganismus für Zoologen und Genetiker; Heerscharen von Wissenschaftlern interessierten sich für das Insekt. Dass ihnen die Zusatzaugen entgangen waren, ist dennoch nicht weiter verwunderlich: Diese sind mikroskopisch klein; jedes von ihnen besteht aus gerade einmal vier Sinneszellen.

Ungeachtet ihrer Größe scheinen die Hofbauer-Buchner-Äuglein jedoch eine wichtige Rolle im Leben der Taufliege zu spielen. Das zeigt eine Studie, die Wissenschaftler der Universität Würzburg zusammen mit Kollegen der University of Michigan und der University of Bristol durchgeführt haben.

Taufliegen sind vor allem morgens und am späten Nachmittag aktiv; in der heißesten Phase des Tages ruhen sie dagegen. Die winzigen Sinnesorgane beeinflussen augenscheinlich, wann diese Mittagsruhe endet. „An langen Sommertagen verzögern sie den Beginn der Nachmittags-Aktivitätsphase“, erklärt Professor Charlotte Helfrich-Förster vom Biozentrum der Universität Würzburg.

Guter Draht ins Fliegen-Hirn

Die Wissenschaftlerin beschäftigt sich seit Jahren mit den inneren Uhren der Taufliege. In der aktuellen Studie hat ihre Arbeitsgruppe erstmals zeigen können, dass die Hofbauer-Buchner-Äuglein mit einem Taktgeber-Netzwerk im Fliegen-Hirn verdrahtet sind: Aus den Äuglein führen Nervenfasern direkt zu zwei Gruppen von Uhren-Neuronen. Eine davon ist für die Morgen-Aktivität zuständig, die andere beeinflusst die Abend-Aktivität.

„Bei Tagesanbruch fällt Licht auf die Äuglein“, erläutert Helfrich-Förster. „Dieser Lichteinfall führt zur Ausschüttung der Neurotransmitter Histamin und Acetylcholin. Wir vermuten, dass das Acetylcholin die Neuronen aktiviert, die für die Morgenaktivität zuständig sind. Das Histamin scheint gleichzeitig auf indirektem Weg die innere Uhr für die Abend-Aktivität zu hemmen. Auf diese Weise verlängert sich die Ruhephase der Fliegen.“ Die Hofbauer-Buchner-Äuglein sind demnach Teil eines komplexen Netzwerks, das die Aktivität der Taufliegen steuert.

Säugetier-Uhren ähneln Fliegen-Uhren

Die Ergebnisse sind auch deshalb interessant, weil sich die inneren Uhren der Tiere im Laufe der Evolution vergleichsweise wenig verändert haben. „Mäuse zum Beispiel haben in ihrem Gehirn ein sehr ähnliches neuronales Uhren-Netzwerk wie Taufliegen“, betont Helfrich-Förster. „Wir können also aus Drosophila weit reichende Erkenntnisse über die inneren Uhren von Säugetieren gewinnen – vermutlich auch die des Menschen.“

Matthias Schlichting, Pamela Menegazzi, Katharine R. Lelito, Zepeng Yao, Edgar Buhl, Elena Dalla Benetta, Andrew Bahle, Jennifer Denike, James John Hodge, Charlotte Helfrich-Förster, Orie Thomas Shafer: A Neural Network Underlying Circadian Entrainment and Photoperiodic Adjustment of Sleep and Activity in Drosophila; The Journal of Neuroscience, 36(35):9084–9096; DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0992-16.2016

Kontakt

Prof. Dr. Charlotte Helfrich-Förster, Biozentrum der Universität Würzburg, Leiterin des Lehrstuhls für Neurobiologie und Genetik, T: (0931) 31-88823, E-Mail: charlotte.foerster@biozentrum.uni-wuerzburg.de