Forschende erschaffen Fliegen mit Super-Geruchssinn

Drosophila melanogaster

Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster dient Forscherinnen und Forschern seit Jahrzehnten als Modellorganismus.

Sanjay Acharya/CC BY-SA 4.0

Lausanne
Lausanner Forschende haben eine interessante Beobachtung bei Fruchtfliegen gemacht: Wenn sie das natürliche Absterben einiger Sinneszellen während der Hirnentwicklung verhinderten, bildeten die Fliegen einen erweiterten Geruchssinn aus. Sie konnten auch CO2 riechen, wie Moskitos.

Die Hirnentwicklung des Menschen geht mit einem grossen Massensterben einher: Viele der neu entstandenen Nervenzellen begehen «Suizid», in manchen Hirnregionen verschwinden auf diese Weise 50 Prozent der neu entstandenen Neuronen. Dieses «Aussortieren» überzähliger Zellen klingt verschwenderisch, ist aber wichtig für die gesunde Hirnentwicklung.

Bei der Essigfliege Drosophila melanogaster – im Volksmund eher als Fruchtfliege bezeichnet – geschieht ebenfalls ein solches Aussortieren, allerdings scheint dahinter auch eine Anpassung im Zuge ihrer Evolution zu stecken. Das berichten Forschende um Richard Benton von der Universität Lausanne mit Kollegen aus Grossbritannien und Deutschland im Fachblatt «Science Advances».

«Zombie»-Zellen
Das Forschungsteam verhinderte durch genetische Manipulation, dass bestimmte Nervenzellen bei der Entwicklung des Geruchssinns der Fliegen den letzten Schritt des Suizidprogramms (Apoptose genannt) aktivierten. Anschliessend beobachteten sie, wie sich diese «Zombie»-Zellen verhielten, wie die Uni Lausanne in einer Mitteilung vom Mittwoch schrieb.

Der Geruchssinn der Essigfliege beruht auf Härchen auf ihren Antennen, die Sinneszellen mit Rezeptoren für Duftstoffe enthalten. Diese Härchen entstehen jeweils aus einer Zelle, aus der durch Teilung vier Sinneszellen hervorgehen könnten. In den meisten Härchen sterben jedoch zwei davon ab.

Bei den genetisch manipulierten Fliegen überlebten diese Nervenzellen: Überraschenderweise bildeten diese «Zombie»-Zellen Rezeptoren, stellten Verbindungen zum Gehirn her und konnten elektrische Signale übermitteln, wie Benton gemäss der Mitteilung erklärte. Allerdings stimmten ihre Eigenschaften nicht 100-prozentig mit jenen der überlebenden Sinneszellen überein.

Erstaunlicherweise bildeten einige dieser Zombie-Zellen Rezeptoren für CO2, die bei der (ausgewachsenen) Essigfliege sonst nicht vorkommen. Ein solcher Geruchssinn für CO2 kommt indes beim Moskito Anopheles gambiae vor, der Malaria übertragen kann. Die Moskitos können am CO2 den Atem von Menschen und Tieren erschnuppern.

Fliege mit der «Nase» einer Mücke
Indem sie den Suizid bestimmter Geruchs-Sinneszellen bei der Essigfliege verhinderten, «löschten» die Forschenden quasi einen Unterschied im Geruchssinn der beiden Arten, deren letzter gemeinsamer Vorfahre vor rund 250 Millionen Jahren lebte. «Das deutet darauf hin, dass Veränderungen bei der Apoptose beteiligt waren an der evolutiven Anpassung von Mücken und Fruchtfliegen an ihre spezifische Umgebung», so Benton.

Interessant ist auch die Beobachtung, dass die eigentlich zum Absterben bestimmten Zellen offenbar ihre Fähigkeit behalten haben, sich zu Sinneszellen weiter zu entwickeln. Womöglich spielen sie eine Rolle als «Reserve» für künftige evolutive Anpassungen, sollten diese durch veränderte Bedingungen nötig werden.

Dass sich das programmierte Absterben von Nervenzellen auf ähnliche Weise auch beim Menschen verhindern liesse, beispielsweise um den Verlust von Neuronen durch Erkrankungen wie Alzheimer auszugleichen, schliesst Benton allerdings aus. Der Grossteil dieses Aussortierens geschehe während der Kindesentwicklung, neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer betreffen jedoch das ausgewachsene Gehirn – in einer Lebensphase, in der wenige Nervenzellen neu produziert und aussortiert werden.

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