Eine genetische Veränderung überträgt auf eine Fliege die Gewohnheit einer anderen Art, vor der Kopulation zu erbrechen

Eine häufige Fruchtfliegenart, Drosophila subobscura , hat ein besonderes Paarungsritual. Um die Kopulation zu akzeptieren, verlangt das Weibchen vom Männchen, dass es Nahrung direkt in ihr Maul erbricht . Dies ist ein charakteristisches angeborenes Verhalten, das bei anderen Fruchtfliegenarten wie Drosophila melanogaster nicht beobachtet wird, deren Männchen Balzlaute lediglich durch Schwingen ihrer Flügel erzeugen. Etwa 30 Millionen Jahre Evolution trennen die beiden Arten. Einem Team japanischer Wissenschaftler ist es nun gelungen, das Ritual durch eine einfache genetische Veränderung von einer Art auf eine andere zu übertragen. In einem Labor der Universität Nagoya haben männliche Drosophila melanogaster begonnen, vor der Kopulation Nahrung in das Maul der Weibchen zu erbrechen. Die Autoren behaupten, dies sei das erste Mal, dass ein Verhalten durch die Manipulation eines einzelnen Gens zwischen Arten übertragen wurde.

Das Experiment bringt ein erstaunliches Phänomen ans Licht. Beide Arten haben einen gemeinsamen DNA-Abschnitt, das fru- Gen, das das Balzverhalten der Männchen steuert. Einige Arten spielen jedoch Musik, während andere hochgewürgte Hochzeitsgeschenke anbieten. Die Wissenschaftler unter der Leitung des Genetikers Daisuke Yamamoto beobachteten, dass durch die Hyperaktivierung des Gens in einer Gruppe von Neuronen der Drosophila melanogaster diese Zellen lange Fortsätze entwickeln, die neue Schaltkreise im Gehirn bilden und das Hochwürgen in den Mund des Weibchens hervorrufen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass eine kleine Umkonfiguration der Neuronen ausreicht, um das ursprüngliche Verhalten wiederherzustellen. Die Studie erscheint diesen Donnerstag in der Fachzeitschrift Science , einem Maßstab für die weltweit beste Wissenschaft.

Im März 2023 präsentierten der spanische Biologe Albert Cardona und seine kroatische Kollegin Marta Zlatic die erste vollständige Karte eines Tiergehirns: das der Larve der Fliege Drosophila melanogaster . Ein Jahr später erhielt ein internationales Konsortium die Karte des erwachsenen Gehirns : 140.000 Neuronen mit etwa 55 Millionen Verbindungen zwischen ihnen. Cardona hält die neue Studie für „sehr interessant, aber auch wenn sie neu erscheinen mag, ist sie nicht sehr neu“. Der Biologin erinnert sich, dass die Neurowissenschaftlerin Tomoko Ohyama vor zwei Jahren gezeigt hatte, dass sie durch die Manipulation der Aktivität eines Neurons in Drosophila melanogaster- Larven das charakteristische Fluchtverhalten einer anderen Fliegenart, Drosophila santomea , reproduzieren konnte, deren Larven entkommen, indem sie vor schädlichen Reizen davonrollen .

Cardona vom Labor für Molekularbiologie in Cambridge erklärt, dass er und eine andere spanische Biologin, Lucía Prieto Godino , die im Vereinigten Königreich arbeitet, im Juni vorläufige Ergebnisse einer ähnlichen Studie veröffentlicht hätten. Die Autoren kartierten die neuronalen Schaltkreise des Geruchssystems der Fliege Drosophila erecta , eines in Westafrika endemischen Insekts, das sich ausschließlich von den Früchten eines tropischen Strauchs ernährt. Nach der Analyse des Mechanismus dieser Vorliebe manipulierte das Team die neuronalen Verbindungen der Fliege Drosophila melanogaster genetisch, sodass auch sie die afrikanische Frucht bevorzugte.

Der Biologe bedauert, dass die japanische Studie diese beiden Präzedenzfälle nicht zitiert, erkennt aber den Wert der neuen Ergebnisse an. „Hervorzuheben ist, dass die beiden Fliegenarten Drosophila melanogaster und Drosophila subobscura , obwohl 30 Millionen Jahre zwischen ihnen liegen, zu demselben Verhalten fähig sind – dem Teilen eines Hochzeitsgeschenks [erbrochene Nahrung] –, aber bei ersterer kommt es nicht natürlich vor, bei letzterer schon. Dies führt zu der Spekulation, dass die Evolution nicht unbedingt neue Schaltkreise bilden muss, sondern lediglich die Intensität der Verbindungen zwischen Neuronen feinabstimmen muss , und dies reicht aus, um das Verhalten zu ändern, wie erstmals von Tomoko Ohyama und Lucía Prieto Godino beschrieben“, so der Forscher.

Prieto Godino leitet ein Labor am Francis Crick Institute in London, das die Evolution neuronaler Schaltkreise untersucht: die Verbindungen zwischen Zellen, auf denen Gedanken, Erinnerungen und Verhalten beruhen. Die Biologin begrüßt die Studie, die das Regurgitationsritual übertragen hat. „Diese Arbeit zeigt, dass potenziell einfache genetische Veränderungen – wie die Veränderung der Expression eines Gens in Neuronen, die es normalerweise nicht exprimieren – die Art und Weise verändern können, wie diese Neuronen mit den übrigen Schaltkreisen verbunden sind, und wie dies wiederum das Verhalten verändern kann“, betont sie.

Der Genetiker Daisuke Yamamoto erklärt, warum er glaubt, dass seine Übertragung der Gewohnheit, vor der Kopulation zu erbrechen, über frühere Studien hinausgeht. „Es ist uns gelungen, ein ganzes Verhaltensmuster von einer Art auf eine andere zu übertragen, indem wir ein einziges Mastergen manipuliert haben, das ein bestimmtes Verhalten steuert“, argumentiert Yamamoto vom Nationalen Institut für Informations- und Kommunikationstechnologie in Kobe in einer E-Mail. „Soweit ich weiß, ist dies das erste Mal, dass dies gelungen ist. Frühere Arbeiten haben Veränderungen in der Intensität einer Reaktion oder in Vorlieben oder Abneigungen bewirkt, nicht jedoch im Verhaltensrepertoire selbst“, fügt er hinzu.