In einer umfassenden Untersuchung haben Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der National and Kapodistrian University of Athens den Fluchtreflex der Fruchtfliege Drosophila analysiert. Ihre Ergebnisse zeigen, dass bestimmte neuronale Verbindungen in der Lage sind, sich im Laufe des Lebens zu verändern und sich an neue Umgebungen anzupassen – ein Phänomen, das als neuronale Plastizität bekannt ist. Diese Erkenntnisse wurden in dem renommierten Fachmagazin PLoS Biology veröffentlicht. Professor Dr. Carsten Duch von der JGU erklärt, dass die funktionelle neuronale Schaltkreisplastizität möglicherweise einen Einfluss auf die Anfälligkeit für Alterungsprozesse hat.
Die Studie thematisiert vor allem die Funktionsweise der synaptischen Verbindungen, die den Fluchtreflex auslösen. Ein zentraler Bestandteil dieses Mechanismus sind visuelle Interneurone der Fliegenaugen, die zusammen mit der Giant Fiber arbeiten, um Informationen in motorische Signale zu übersetzen. Diese Signale gelangen zum Bauchmark, wo Motorneurone die Muskeln ansteuern. Bei wiederholter Exposition gegenüber einem Reiz, wie zum Beispiel einem sich bewegenden Blatt, zeigt sich eine reduzierte Reaktion der Fliegen, da sie lernen, nicht mehr zu reagieren.
Plastizität und Lernen
Die Forschenden konnten feststellen, dass das Lernen dieser Fliegen direkt mit der Plastizität ihrer Synapsen zusammenhängt. Besonders interessant ist hierbei der Kalium-Ionenkanal in den LC4-Neuronen der Augen, der für diesen Lernprozess entscheidend ist. Fehlt dieser Kaliumkanal, gewöhnen sich die Fliegen nicht mehr an kontinuierliche Reize, was ihren Fluchtreflex beeinträchtigt. In jungen und mittelalten Fliegen funktioniert dieser Reflex in der Regel problemlos, jedoch verschlechtert sich diese Fähigkeit mit dem Alter, wodurch die Fruchtfliegen weniger reaktionsschnell werden.
Die Ergebnisse zeigen auch, dass die nicht lernfähigen Synapsen, die Motorneurone mit den Muskeln verbinden, auch im Alter noch zuverlässig funktionieren. Allerdings fehlt es älteren Fliegen oft an dem entscheidenden Impuls, um den Fluchtreflex tatsächlich auszulösen. Diese beobachteten Veränderungen werfen ein Licht auf die komplexen Mechanismen, die hinter der neuronalen Plastizität stehen und wie diese das Verhalten von Drosophila beeinflussen.
Neurale Anpassungsmechanismen
Laut einer Analyse über neuronale Plastizität bleibt auch im Erwachsenenalter eine gewisse strukturelle Plastizität erhalten, die zur Anpassung an veränderte Umgebungen und zur Gedächtnisbildung beiträgt. Diese Tatsache wird durch die dynamische Erweiterung und Rückzug der Neuriten in Neuronen während der Entwicklung verdeutlicht, wie in einer Übersichtsarbeit betont wird. Der Einfluss von Aktivität auf die neuronale Morphologie und Konnektivität ist dabei entscheidend und zieht sich bis in das adulte Leben der Drosophila.
Besonders die visuellen Systeme und das Gehirnareal des Pilzkörpers, das für olfaktorische Integration, Lernen und Gedächtnis zuständig ist, wurden intensiv untersucht. Dies belegt die Komplexität und Variabilität der synaptischen Verbindungen innerhalb des Nervensystems der Fliegen. Im Erwachsenenalter sind strukturelle Änderungen, die das Gedächtnis beeinflussen, nun besser verstanden, wodurch ein klarerer Zusammenhang zwischen neuronaler Aktivität und strukturellen Veränderungen gezogen werden kann.
Zusammenfassend zeigen die Forschungsarbeiten, dass die Untersuchung der Fruchtfliege nicht nur wichtig für das Verständnis biochemischer Prozesse ist, sondern auch für das Verständnis, wie neuronale Plastizität die Fähigkeit beeinflusst, sich an neue Reize und Umgebungen anzupassen. Diese Erkenntnisse sind insofern relevant, als sie auf mögliche Alterserscheinungen und deren Einfluss auf Lern- und Gedächtnisprozesse hinweisen.