Forschende der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der National and Kapodistrian University of Athens, Griechenland, haben den Fluchtreflex der Fruchtfliege Drosophila untersucht. Dabei haben sie herausgefunden, dass eine der Synapsen, die diesen Reflex verursacht, lernfähig ist – in der Fachsprache „plastisch“ genannt. Diese Plastizität führt wahrscheinlich dazu, dass die Synapse im Alter nicht mehr funktioniert und der Fluchtreflex somit aussetzt. „Unsere Ergebnisse – in Verbindung mit Daten aus Säugetiergehirnen von anderen Forschungsgruppen – legen nahe, dass ein Preis für die funktionelle neuronale Schaltkreisplastizität die Anfälligkeit für das Altern sein könnte“, fasst Prof. Dr. Carsten Duch vom Institute of Developmental Biology and Neurobiology der JGU zusammen. Die Ergebnisse sind vor kurzem im renommierten Fachmagazin PLoS Biology veröffentlicht worden.
Junge und mittelalte Fliegen fliehen vor raubtierähnlichen visuellen Reizen mit einem Sprung, gefolgt von einem Flug. Die Neurone im Fliegenauge, die visuellen Interneurone, sind mit der Giant Fiber verschaltet, einem großer Nervenimpulsleiter, der in jeder Gehirnhälfte einmal vorkommt. Dort werden Informationen in Signale umgewandelt, die bis ins Bauchmark geleitet werden, wo die Motorneurone sitzen – also Nervenzellen, die direkt die Muskeln ansteuern. Eines dieser Motorneurone regt das mittlere der drei Beinpaare der Fliege an, das Tier springt hoch. Etwas zeitversetzt aktiviert die Giant Fiber zudem fünf Motorneurone pro Seite, die für eine Flügelbewegung sorgen.
Wird ein Reiz jedoch durch ein immer gleiches Signal, zum Beispiel ein sich bewegendes Blatt, angeregt, fällt die Reaktion stetig kleiner aus und bleibt letztlich aus: Die Fliege lernt, dass sie bei diesem Reiz nicht zu reagieren braucht – so lange, bis ein anderer Reiz auftaucht. Diesen bereits bekannten Mechanismus haben die Forschenden näher untersucht. „Indem wir die visuellen Interneurone gezielt manipuliert haben, konnten wir zeigen, dass die Gewöhnung an stets wiederkehrende Reize auf die Lernfähigkeit zurückzuführen ist und nicht auf andere Teile des Fluchtreflexes. Die Synapse zwischen den sogenannten LC4-Interneuronen der Augen und der Giant Fiber kann also lernen“, sagt Duch. Genauer gesagt entfernten die Forschenden nacheinander in verschiedene Neuronen, die am Fluchtreflex beteiligt sind, einen bestimmten Kalium-Ionenkanal, der bekanntermaßen mit der Gewöhnung in Zusammenhang steht. Nicht bekannt war, welche der am Fluchtreflex beteiligten Neurone dafür verantwortlich waren. Fehlte der Kalium-Kanal in den LC4-Neuronen der Augen, gewöhnte sich die Fliege nicht mehr an wiederkehrende Reize – wurden die Kalium-Kanäle dagegen in anderen Neuronen entfernt, funktionierte die Gewöhnung wie gewohnt. Die Ursache für die Gewöhnung scheint also in der Verbindung zwischen diesen bestimmten visuellen Interneuronen und der Giant Fiber zu liegen.
Der Fluchtreflex nimmt mit dem Alter ab
Zudem nimmt der Fluchtreflex mit dem Alter ab, wie das Team ebenfalls herausfand. „Die Lernfähigkeit der Synapse hat den Preis, dass sie im Alter versagt und der Fluchtreflex aussetzt“, sagt Duch. Nichtlernfähige Synapsen, die zum Beispiel die Motorneurone mit der Muskulatur verbinden, funktionieren dagegen auch im Alter noch zuverlässig: Die Fliege könnte also nach wie vor springen, doch fehlt der Impuls dafür. „Der Preis für die Plastizität ist Vulnerabilität“, resümiert Duch.
Johannes Gutenberg Universität Mainz
Originalpublikation:
A. Gaitanidis et al., The Drosophila escape motor circuit shows differential vulnerability to aging linked to functional decay, PLoS Biology, 16. Dezember 2025, DOI: 10.1371/journal.pbio.3003553,
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003553
