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Migration: Einzelne Neuronen als Kursanzeiger

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Es ist ein navigatorisches Kunststück: Jedes Jahr fliegen Schwärme von Monarchfaltern vom Osten Nordamerikas rund 4000 Kilometer südwärts, um in Zentralmexiko die kalte Jahreszeit zu verbringen. Dass sich Danaus plexippus dabei am Sonnenstand orientiert, war bereits bekannt. Stanley Heinze und Steven Reppert haben nun untersucht, welches neuronale Netzwerk dem Navigationssystem der Tiere zu Grunde liegt.

Das Zellnetzwerk sei ganz ähnlich aufgebaut wie das der ebenfalls äußerst wanderlustigen Wüstenheuschrecke, so die Forscher der University of Massachusetts Medical School in Worcester: Sieben Typen von Neuronen verbinden die Sinnesorgane mit der navigatorischen Zentraleinheit. Diese Nervenzellen horchten die Wissenschaftler anschließend mit Elektroden ab, während sich die Insekten unter einer simulierten Himmelskuppel orientierten.

Wo die Sonne steht, erkennt Danaus plexippus sowohl an der Polarisationsrichtung des vom Himmel reflektierten Lichts als auch anhand der Position des hellsten Flecks am Himmel, entdeckten die Forscher. Damit die Schmetterlinge diese Information verarbeiten können, verfügen sie über Nervenzellen, die auf jeweils eigene Winkel spezialisiert sind: Sie feuern bevorzugt dann, wenn die Sonne in genau diesem Winkel relativ zur Flugrichtung der Schmetterlinge steht.

Das bedeutet: Will sich das Tier um zwölf Uhr mittags exakt südlich orientieren, muss es sich so lange um die eigene Achse drehen, bis das auf "direkt voraus" spezialisierte Neuron von der Sonne zum Feuern gebracht wird. Frühmorgens hingegen muss die Sonne "rechts quer ab" (also im Osten) liegen, damit der Monarchfalter seinem Südkurs folgt. Frühere Untersuchungen hatten bereits ergeben, dass die Tiere über den erforderlichen 24-Stunden-Zeitgeber verfügen, der das Signal für diese Korrekturen liefert. Er tickt synchron mit ihrer inneren Uhr.

Würde sich der Monarchfalter nur auf die Position des hellsten Flecks verlassen, könnte er bei bedecktem Himmel nicht navigieren. Die Polarisationsrichtung allein liefert hingegen auch kein eindeutiges Resultat: Sie könnte ihn sowohl direkt nach Süden als auch direkt nach Norden lotsen. Mit ihren Forschungen wollen Heinze und Reppert verstehen, wie neuronale Netzwerke Sinnesinformationen integrieren, um Doppeldeutigkeiten und Widersprüche in den Sinnesdaten zu beseitigen. In diesem Video fassen sie ihre Forschungsergebnisse zusammen. (jd)
4. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 4. KW 2011

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