Was wissen Fliegen von der Zeit?
Auch Fliegen haben ein Zeitgedächtnis. Das haben Wissenschaftler der Universität Würzburg in einer Reihe von Experimenten herausgefunden. Damit die Tiere ein Gedächtnis entwickeln können, müssen allerdings etliche Bedingungen erfüllt sein. Und unter manchen Umständen funktioniert es gar nicht.
Weiß die Honigbiene, dass sie sich um 8 Uhr auf den Weg machen sollte, weil dann die Sumpfdotterblume ihre Blüten öffnet? Und dass es wenig Erfolg verspricht, schon um diese Zeit den Sauerklee aufzusuchen, weil dessen Blüten erst um 10 Uhr aufgehen? Oder, anders gefragt: Sind Gedächtnisleistungen von Insekten zeitspezifisch oder handelt es sich dabei nur um eine Anpassung an die speziellen Bedingungen des Futtersammelns von einem festen Ort aus?
Diese und weitere Fragen standen im Mittelpunkt einer Reihe von Experimenten, mit denen Wissenschaftler vom Rudolf-Virchow-Zentrum und vom Biozentrum der Universität Würzburg untersucht haben, ob sich Fliegen an Tageszeiten erinnern können. Federführend dabei waren Professor Martin Heisenberg und sein Mitarbeiter Nitin S. Chouhan. Über die Ergebnisse ihrer Arbeit berichten sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Current Biology.
Zwei Tage Training und dann ein Test
„Wir haben mit der Fruchtfliege Drosophila melanogaster gearbeitet“, erklärt Martin Heisenberg. Über zwei Tage hinweg wurden hungrige Individuen darauf trainiert, morgens und nachmittags Futter zu erhalten – immer in Kombination mit unterschiedlichen Gerüchen. Jeweils am dritten Tag mussten die Fliegen dann zeigen, ob sich bei ihnen eine zeitabhängige Geruchspräferenz entwickelt hatte. Das Ergebnis war eindeutig: „Fliegen, die am Morgen getestet wurden, bevorzugten den Duft, der ihnen morgens zusammen mit der Nahrung präsentiert worden war. Fanden die Tests am Nachmittag statt, galt ihr Interesse dem Duft, den sie nachmittags in der Kombination mit Futter kennen gelernt hatten“, so Martin Heisenberg.
Die Fähigkeit, sich an Tageszeiten zu erinnern, ist bei Fliegen allerdings begrenzt. Ein limitierender Faktor ist beispielsweise der zeitliche Abstand zwischen den „Duftexperimenten“. Mindestens vier Stunden müssen zwischen den beiden Trainingseinheiten liegen, damit die Tiere ein Zeitgedächtnis ausbilden können. Unterhalb dieser Zeitspanne zeigte sich kein Trainingseffekt.
Konstante Helligkeit verhindert den Lernerfolg
Auch der Frage, ob möglicherweise ein äußerer Zeitgeber – beispielsweise das Tageslicht – den Tieren den passenden Zeitpunkt vorgab, gingen die Wissenschaftler in ihren Experimenten nach. Dafür spielten sie den Fliegen während des Trainings einen normalen Tag-Nacht-Rhythmus vor mit zwölf Stunden Helligkeit, gefolgt von zwölf Stunden Dunkelheit. Nur am dritten Tag, dem Testtag, ließen sie das Licht aus. Doch auch in einer komplett dunklen Umgebung zeigten die Tiere das zuvor erlernte Zeitgedächtnis. Das blieb auch so, wenn die Tiere sowohl in der Dunkelheit trainiert als auch getestet wurden. Nur in einem Fall blieb der Lernerfolg aus: Unter konstant hellen Lichtverhältnissen rund um die Uhr.
„Diese Ergebnisse zeigen klar, dass Insekten wie die Fruchtfliege einen inneren Mechanismus besitzen, der ihnen das zeitlich gesteuerte Geruchs-Lernen ermöglicht“, sagt Heisenberg. Im nächsten Schritt gehe es nun darum, die neuronalen Strukturen und molekularen Prozesse zu untersuchen, die ihm zugrunde liegen.
Sonderforschungsbereich: Timing bei Insekten
Das Forschungsergebnis wurde in einem Teilprojekt des Sonderforschungsbereichs „Timing bei Insekten: Mechanismen, Plastizität und Fitnesskonsequenzen“ der Universität Würzburg erzielt. Dort arbeiten Wissenschaftler aus verschiedenen biologischen Fachgebieten zusammen – von der Molekularbiologie über die Neuroethologie bis hin zur Ökologie. Ihr Ziel ist es, die sogenannten „inneren Uhren“ von Insekten und die zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen und gleichzeitig die Konsequenzen von Timing auf die Fitness in real existierenden Ökosystemen und im Kontext sich verändernder globaler Umweltbedingungen aufzuklären. Sprecherin dieses Sonderforschungsbereichs ist die Chronobiologin Professorin Charlotte Helfrich-Förster, Leiterin des Lehrstuhls für Neurobiologie und Genetik.
Chouhan et al., Flies Remember the Time of Day, Current Biology (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.04.032
