Hirnforschung Bei Windstärke acht auf der Autobahn

Mit Hilfe des leicht beweglichen Balls wird messbar, welche Richtung das Insekt einschlägt.

(Foto: MPI für Neurobiologie/Schorne)

Für Mücken, Fliegen oder Bienen ist schon leichter Wind eine ähnliche Herausforderung wie ein Sturm für Autofahrer: Sie müssen ihr Ziel im Auge behalten und auf Kursschwankungen reagieren. Wie schaffen die Tierchen das?

Wer in einem Herbststurm auf der Autobahn einen Laster überholt, muss sich darauf konzentrieren, die Spur zu halten. Das Problem ist handhabbar, aber es erfordert einigen Hirnschmalz mehr als ein einfacher Überholvorgang an einem lauen Frühlingsabend.

Ähnliche Aufgaben haben Mücken und Bienen in freier Natur tagaus, tagein zu bewältigen: Ständig weht es für die fliegenden Leichtgewichte mit spürbarer Intensität - und doch müssen sie es irgendwie schaffen, die Blume, von der sie naschen wollen, oder den nackten Arm, in den sie piksen wollen, gezielt anzufliegen.

Dabei müsse das Gehirn der winzigen Flieger zwei sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen, konstatierten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried bei München und betrieben einigen Aufwand, um die Frage zu beantworten: Wie nur schafft es das Insektenhirn, diese beiden Anforderungen zu koordinieren?

Dabei zeigte das Team um Alexander Borst: Beide Verhalten werden im Gehirn von Fruchtfliegen offenbar über separate Schaltkreise gesteuert (Nature Neuroscience, online). Eines dieser neuronalen Netzwerke verarbeitet Bewegungsinformationen aus der Umwelt - wie zum Beispiel Windstöße - und dient somit der Stabilisierung des Kurses. Das andere hilft, die Position des Ziels zu ermitteln und dient somit der Objekt-Fixierung.

Die Erkenntnis liest sich einfach. Doch um die Nutzung der beiden Schaltkreise für Bewegungs- und Positionsinformationen herauszufinden, betrieben die Neurowissenschaftler erheblichen experimentellen Aufwand: Sie sperrten die Fliegen in eine Apparatur, in der die Beine der Tiere einen Styroporball berührten. Weil der Ball auf einem Luftstrom gelagert war, reagierte er auf feinste Bewegungen und lieferte den Forschern Informationen über die Flugrichtung der Tiere. Im ersten Experiment spielten die Wissenschaftler den Fliegen ein senkrechtes Streifenmuster vor, das sich horizontal bewegte.

Den Fliegen schien es also, als würden sie immer wieder von einem Windstoß erfasst. Ihnen gelang es aber, die vermeintliche Abweichung von ihrer Flugbahn auszugleichen; das wird in Fachkreisen "optomotorische Reaktion" genannt. Wenn die Forscher die dazu notwendigen Nervenzellen der Tiere jedoch blockierten, wurden diese "bewegungsblind". Sie passten ihre Flugrichtung nicht mehr an, wenn die Streifen wanderten.

In einem zweiten Experiment stellten die Wissenschaftler die Ziel-Fixierung der Tiere auf die Probe. Diesmal zeigten sie ihnen einen einzelnen vertikalen Streifen. Wenn dieser an einem anderen Ort erschien, drehten die Fliegen dahin ab. Das taten die Tiere auch noch, als die Wissenschaftler sie bewegungsblind gemacht hatten. Es müsse zusätzlich zum Bewegungs-Sehsystem noch ein von ihm unabhängiges Positions-Sehsystem geben, folgern die Forscher.

"Es war sehr aufwendig, den Versuchsaufbau so hinzubekommen, dass die Ergebnisse wasserdicht sind", erzählt der Erstautor, Armin Bahl. Jetzt will er herausfinden, welche Nervenzellen für die Fixierung von Objekten zuständig sind.