Serotonerge Nervenzellen (grün) haben weitreichende Verbindungen im Zebrafischgehirn. Eine neue Studie zeigt, dass diese Zellen beeinflussen, wie das Gehirn Objekte wahrnimmt. (Die Augen der Fischlarve erscheinen in Orange.)
© Max-Planck-Institut für Neurobiologie / Filosa
Wer hungrig einkaufen geht, packt oft mehr in seinen Einkaufswagen, als ursprünglich geplant. Offenbar reagieren wir sensibler auf Nahrungsangebote, wenn wir Hunger haben. Forscher haben nun am Zebrafisch herausgefunden, dass dem tatsächlich so ist. Demnach werden bei Hunger über zwei molekulare Regelmechanismen zusätzliche Nervenzellen aktiviert. Denn potenzielle Beuteobjekte stimulieren bei hungrigen Fischen deutlich mehr Nervenzellen. Das verleitet die Tiere dazu die entsprechenden Objekte öfter zu verfolgen. Hungrige Fische nehmen also Objekte anders wahr als satte und sind eher dazu bereit, ein Risiko im Rahmen der Nahrungssuche einzugehen.
Tiere müssen ständig Entscheidungen treffen: Ist ein Objekt eine potenzielle Beute oder stellt es eher eine Gefahr dar? Die Entscheidung, sich dem Objekt zu nähern oder vor ihm zu fliehen, kann über Leben und Tod bestimmen. In einer komplexen Umwelt müssen Entscheidungen jedoch flexibel getroffen werden – so ist es etwa kontraproduktiv, auch dann noch „auf Nummer sicher“ zu gehen, wenn ein Tier kurz vor dem Verhungern ist. Herwig Baier und sein Team am Max-Planck-Institut für Neurobiologie hat an den Larven von Zebrafischen untersucht, wie Hunger die Wahrnehmung von Nahrung im Gehirn verändert und wie sich dies auf das Verhalten der Fische auswirkt.
Im Versuch ließen die Forscher computeranimierte Kreise unterschiedlicher Größe durch das visuelle Feld von Fischlarven ziehen. Die Fischchen reagierten wie erwartet: Kleine Punkte verfolgten sie als potenzielle Beute, während sie größeren Punkten auswichen. Waren die Tiere hungrig, so änderten sie ihr Verhalten: Dann verfolgten sie kleinen Punkten deutlich öfter, als satte Fische. Gleichzeitig wurden sie leichtsinniger, indem sie größeren Punkten seltener auswichen.
Zebrafische sind ein ideales Modellsystem, um die neuronalen Grundlagen von Verhalten zu entschlüsseln. Denn die knapp fünf Millimeter großen Tiere sind durchsichtig. So konnten die Forscher mithilfe genetischer Modifikationen und den neuesten Mikroskopie- und Färbemethoden die Nervenzellaktivität hungriger und zuvor gefütterter Fische direkt unter dem Mikroskop beobachten.
Den Forschern zufolge beeinflusst Hunger das Verhalten über mindestens zwei molekulare Signalwege. Zum einen beeinflusst er die sogenannte HPA-Achse des neuroendokrinen Systems – des Systems, in dem die komplexen Interaktionen zwischen Hormon- und Nervensystem verbunden werden. Zum anderen führt Hunger zu einer erhöhten Serotonin-Ausschüttung. Durch diese beiden Effekte werden weitere Nervenzellen im Tectum der Fische aktiviert, die auf kleine und mittelgroße Punkte reagieren. Das Tectum ist die Region im Fischgehirn, in der visuelle Eindrücke mit Verhaltensantworten verbunden werden. Als Konsequenz nehmen hungrige Fische potenziell essbare Objekte verstärkt wahr, da nun mehr Nervenzellen durch sie aktiviert werden – und die Fische verfolgen die Objekte eher als ihre satten Artgenossen. Auf diese Weise verändert der Sättigungszustand des Tieres die visuelle Klassifizierung von Objekten.
Max-Planck-Gesellschaft, 14. April 2016
Originalpublikation:
Alessandro Filosa, Alison J. Barker, Marco Dal Maschio, Herwig Baier Feeding state modulates behavioral choice and processing of prey stimuli in the zebrafish tectum. Neuron, April 2016. doi:10.1016/j.neuron.2016.03.014