Wie Fruchtfliegen Geschmackssignale verarbeiten

Geschmack spielt eine wichtige Rolle dabei, Lebewesen zu helfen, auszuwählen, was sie essen. Guter Geschmack bedeutet meist, dass Essen voller Nährstoffe oder Kalorien ist. Schlechter Geschmack kann signalisieren, dass das Essen verdorben oder schädlich sein könnte. Die meisten Tiere, einschliesslich Menschen, können fünf grundlegende Geschmäcker wahrnehmen: süss, herzhaft (umami), salzig, bitter und sauer. Sinneszellen, die Geschmack wahrnehmen, haben normalerweise spezielle Rezeptoren, die auf bestimmte Geschmäcker reagieren.

Bei Säugetieren reisen diese Geschmacksignale von der Zunge zu verschiedenen Teilen des Gehirns, einschliesslich des Hirnstamms und des gustatorischen Kortex. Forscher haben festgestellt, dass verschiedene Zellgruppen auf unterschiedliche Geschmäcker reagieren. Einige Zellen sind sehr spezifisch für einen bestimmten Geschmack, während andere auf eine Reihe von Geschmäckern reagieren. Trotz dieses Wissens verstehen Wissenschaftler immer noch nicht vollständig, wie die unterschiedlichen Reaktionen zustande kommen oder wie diese Reaktionen das Verhalten beeinflussen.

Um mehr über die Verarbeitung von Geschmack zu erfahren, nutzen Forscher die Fruchtfliege, eine kleine Fliege namens Drosophila melanogaster. Dieses kleine Wesen hat etwa 130.000 Neuronen und viele verschiedene Zelltypen, die genetisch verändert werden können, um sie zu studieren. Geschmackzellen bei Fruchtfliegen befinden sich an verschiedenen Stellen, wie zum Beispiel in ihrem Fresswerkzeug (dem Rüssel), den Beinen und den Flügeln. Das Hauptgeschmacksorgan befindet sich am Ende des Rüssels und hilft, das Fressen zu steuern. Fruchtfliegen haben verschiedene Arten von Geschmacksrezeptoren, die ZUCKER, bittere Substanzen, hohe Salzgehalte und Wasser wahrnehmen können.

Während Wissenschaftler Fortschritte darin gemacht haben, wie Geschmack zu Beginn erkannt wird, sind die Geschmackverarbeitung Netzwerke im Gehirn der Fliege noch nicht vollständig verstanden. Die Geschmackzellen senden Signale an einen Teil des Gehirns, der als subesophageale Zone bezeichnet wird, aber Forscher wissen noch nicht genau, wie diese Signale von dort verarbeitet werden.

Dank neuer Forschungsmethoden fanden Wissenschaftler einen Weg, die Verbindungen im Gehirn der Fliege nachzuvollziehen. Sie verwendeten eine Methode namens trans-Tango, um zu sehen, welche Neuronen Signale von den Geschmackzellen empfangen. Sie entdeckten eine grosse Anzahl von Neuronen, die mit diesen Geschmackzellen verbunden sind, wobei einige Neuronen Signale an höhere Bereiche des Gehirns senden. Einige Neuronentypen in dieser zweiten Verarbeitungsstufe scheinen sich zwischen den verschiedenen Geschmäckern zu überschneiden.

Um besser zu verstehen, wie diese Verbindungen funktionieren, griffen die Forscher auf eine vollständige Karte der Neuronalen Verbindungen der Fliege zu. Indem sie diese Verbindungen studierten, konnten sie herausfinden, wie verschiedene Neuronentypen interagieren und wie sich dies auf die Verarbeitung von Geschmack auswirkt.

#Geschmacksneuron und deren Verbindungen

Die Forscher begannen damit, die Geschmacksneuronen genauer unter die Lupe zu nehmen. Sie konzentrierten sich auf vier Haupttypen von Rezeptoren: die, die Zucker, bittere Substanzen, Wasser und niedrige Salzgehalte wahrnehmen. Sie fanden heraus, dass jeder Rezeptortyp seine Signale in spezifische Bereiche des Gehirns projiziert. Zum Beispiel senden Zucker- und Wasserrezeptoren Signale an ähnliche Regionen, während bittere Rezeptoren unterschiedliche Bereiche ansteuern. Das deutet darauf hin, dass diese Rezeptoren unterschiedliche Funktionen haben können, wenn es darum geht, das Fressverhalten zu beeinflussen.

Die Forscher entdeckten, dass sekundäre Geschmacksneuronen grösstenteils nach Geschmacksart getrennt sind, aber einige zeigen Überschneidungen. Zum Beispiel verbinden sich Zucker- und Wasserrezeptorneuronen oft mit denselben sekundären Neuronen. Das deutet darauf hin, dass die Botschaften über diese beiden Geschmäcker irgendwie kombiniert werden könnten.

Um weiter zu untersuchen, wie diese Verbindungen funktionieren, schauten sich die Forscher die Eigenschaften der sekundären Geschmacksneuronen an. Sie fanden heraus, dass die meisten dieser Neuronen lokal sind, was bedeutet, dass sie hauptsächlich Signale innerhalb derselben Region des Gehirns senden. Einige dieser Neuronen erweitern jedoch ihre Signale ausserhalb dieses Bereichs, was mehr Vernetzung und Kommunikation im Gehirn ermöglicht.

Sie schauten sich auch die Arten von Signalen an, die diese Neuronen senden. Neuronen, die im lokalen Bereich bleiben, verwenden oft sowohl erregende (oder stimulierende) als auch hemmende (oder unterdrückende) Signale, während die, die ihre Reichweite erweitern, eher mehr erregende Signale verwenden.

#Erkundung der tertiären Geschmacksneuronen

Nachdem sie die sekundären Neuronen untersucht hatten, wandten sich die Forscher den tertiären Geschmacksneuronen zu. Diese Neuronen empfangen Signale von sekundären Neuronen und können sich mit vielen Arten von sekundären Zellen verbinden, unabhängig von der Geschmacksart. Das deutet darauf hin, dass das Gehirn möglicherweise eine Möglichkeit hat, Geschmacksinformationen aus verschiedenen Quellen zu mischen.

Die Forscher fanden heraus, dass ungefähr die Hälfte dieser tertiären Geschmacksneuronen Signale von mehr als einem Geschmacksartigen empfängt. Das bedeutet, dass, wenn eine Fliege auf Nahrung trifft, mehrere Geschmäcker zusammen verarbeitet werden könnten, was der Fliege helfen kann, bessere Fressentscheidungen zu treffen.

Als sie untersuchten, wie die Eingaben verarbeitet werden, fanden sie heraus, dass tertiäre Neuronen viele erregende und hemmende Eingaben erhalten. Interessanterweise neigten tertiäre Neuronen dazu, die Chancen der Aktivierung zu erhöhen, wenn die Eingaben von derselben Art von Geschmacksneuron kamen. Das führte die Forscher zu der Annahme, dass die Geschmacksinputs von Geschmacksneuronen zusammenarbeiten können, um die Reaktion der Fliege zu verstärken oder zu unterdrücken.

#Wie die Verarbeitung von Geschmack mit Verhalten verbunden ist

Die Forscher untersuchten auch, wie diese Geschmacksnetze mit Verhalten bei der Fruchtfliege verbunden sind. Die Gehirnschaltungen der Fliege zur Verarbeitung von Geschmack sind entscheidend für die Regulierung verschiedener Verhaltensweisen, wie Fressen und Eiablage. Geschmacksignale leiten die Fliege dazu, sichere und nahrhafte Lebensmittel auszuwählen und schädliche zu vermeiden.

Obwohl viel Verarbeitung im lokalen Bereich des Gehirns stattfindet, tragen einige Neuronen Geschmacksinformationen zu anderen Gehirnregionen. Das Verständnis dieser Wege hilft, zu beleuchten, wie Fliegen Entscheidungen basierend auf Geschmack treffen. Zum Beispiel können Eingaben von Zuckerrezeptoren der Fliege signalisieren, zu essen, während bittere Eingaben das Fressen entmutigen können.

In Experimenten simulierten die Forscher, wie Geschmacksneuronen reagieren. Sie fanden heraus, dass während viele sekundäre Neuronen wahrscheinlich durch Geschmacksinput aktiviert werden, dasselbe nicht für tertiäre Neuronen gilt. Dieser Unterschied deutet darauf hin, dass tertiäre Neuronen stärkere oder kombinierte Signale von sekundären Eingaben benötigen, um effektiv zu reagieren.

#Fazit

Diese Studie bietet Einblicke, wie Fruchtfliegen Geschmack verarbeiten. Durch das Kartieren der Verbindungen zwischen Geschmacksneuronen haben die Forscher ein klareres Bild davon gezeichnet, wie Fliegen auf Geschmäcker in ihrer Umgebung reagieren. Sie haben ein System enthüllt, in dem verschiedene Geschmäcker sich gegenseitig beeinflussen können und in grössere Gehirnbereiche einspeisen, um das Verhalten zu beeinflussen.

Die Ergebnisse legen die Grundlage für weitere Forschungen darüber, wie Geschmack und andere sensorische Signale zu den Entscheidungsprozessen der Fliegen beitragen. Zukünftige Studien können sich auf spezifische Neuronen konzentrieren, um deren Rollen besser zu verstehen und zu erkunden, wie Geschmack Verhalten bei anderen Tieren, einschliesslich Menschen, beeinflusst.