Evolutionäre Entwicklung und Funktion einer sensomotorischen Transformation in Diptera

• Antragsteller: Professor Dr. Maximilian Jösch; Professor Wiktor Mlynarski, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429960716

Der Schwerpunkt dieses Projektes liegt auf der Untersuchung der neuronalen Schaltkreise, insbesondere der tangentialen Lobulaplattenzellen (LPTCs) in den Sehsystem von Insekten. Trotz der bemerkenswerten Ähnlichkeiten in Struktur und Funktion der LPTCs zwischen verschiedenen Insektenarten gibt es erhebliche Unterschiede in ihrer Morphologie und ihrer räumlich-zeitlichen Antworteigenschaften, was darauf schließen lässt, dass sie artspezifische Anpassungen an ihre ökologischen Nischen erfahren haben. Die funktionelle Rolle dieser Schaltkreise bei der Verhaltenskontrolle ist jedoch trotz jahrzehntelanger Forschung nach wie vor ungeklärt. In der ersten Phase dieses Projekts haben wir innovative Verhaltensparadigmen entwickelt, die eine Vielfalt der Verhaltensanweisungen des LPTC-Netzwerks aufgedeckt haben, indem wir neue close-loop Paradigmen eingeführt und stochastische optogenetische und neurogenetische Störungen eingesetzt haben. Darüber hinaus haben wir die molekularen Regeln, die für den ordnungsgemäßen Aufbau des LPTC-Netzwerks erforderlich sind, aus einer evolutionären Perspektive erforscht. Dies beinhaltete die Identifizierung und Charakterisierung der Gene und Moleküle, die an der Entwicklung und dem Aufbau des LPTC-Schaltkreises beteiligt sind, sowie ihrer präsynaptischen Elemente, und die Durchführung vergleichender genomischer Analysen bei Diptera. Aufbauend auf unseren anfänglichen Erfolgen wird sich die zweite Phase dieses Projekts darauf konzentrieren, unsere bisherigen Ergebnisse zu verfeinern, indem wir das gesamte Verhaltensrepertoire bestimmen, das durch LPTCs instruiert wird, und die Rolle von evolutionär informierten molekularen Kandidaten für die Funktion des Schaltkreises ermitteln. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die LPTC-Schaltkreise ein hoch optimiertes und spezialisiertes neuronales System für Verhaltensanweisungen darstellen. Um eine umfassende Beschreibung zu liefern und weitere experimentelle Arbeiten zu unterstützen, werden wir unsere experimentellen Ergebnisse in einen statistischen und theoretischen Rahmen einbetten, um einen normativen Rahmen für Kurskontrollverhalten zu schaffen. Letztendlich ist es unser Ziel, die evolutionären Prozesse zu beleuchten, die den LPTC-Schaltkreis und seine Anpassung an verschiedene ökologische Nischen geformt haben. Durch das Verständnis der Mechanismen, durch die sich der LPTC-Schaltkreis zur Verhaltenskontrolle entwickelt hat, werden wir Einblicke in die allgemeinen Prinzipien gewinnen, die der Evolution komplexer neuronaler Systeme zugrunde liegen. Darüber hinaus hoffen wir, durch die Entwicklung einer umfassenden Beschreibung der Kurskontrolle die Entwicklung neuer Algorithmen und Technologien zur Steuerung autonomer Systeme zu inspirieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme
• Internationaler Bezug: Japan, Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Fyodor Kondrashov