- Das Nervensystem des hermaphroditischen Rundwurms zeigt geschlechtsspezifische Unterschiede.
- Die Studie zeigt, dass die funktionalen Unterschiede der Neuronen nicht mit den physischen Verbindungsunterschieden übereinstimmen.
- Die sensorischen Reaktionen werden durch Geschlecht und Reize beeinflusst, hauptsächlich von den sensorischen Neuronen.
- Diese Erkenntnisse können als Grundlage für die Untersuchung von Nervensystemen anderer Arten dienen.
Der hermaphroditische Rundwurm mit 302 Neuronen, von denen 200 im Kopf lokalisiert sind, zeigt bemerkenswerte geschlechtsspezifische Unterschiede im Nervensystem und wie diese Unterschiede Verhalten, Fortpflanzung und Alterung beeinflussen. Forscher der Northeastern University verglichen die Gehirnaktivität männlicher und hermaphroditischer Caenorhabditis elegans, einem kleinen Wurm, der in biologischen Studien weit verbreitet ist, um zu verstehen, wie Geschlecht die Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Nervensystemen beeinflusst. Ihre Forschung, veröffentlicht in der Zeitschrift Current Biology, zeigt, dass fast jedes chemische sensorische Neuron auf mindestens ein chemisches Signal unterschiedlich reagiert, je nach Geschlecht des Tieres. „Das deutet darauf hin, dass geschlechtsspezifische Schaltkreise weit verbreitet sind und von Reizen abhängen“,
schreiben die Forscher in der Studie. Da das Nervensystem von Männchen und Hermaphroditen in der Informationsverarbeitung weitreichende Unterschiede aufweist, erklärte der leitende Forscher der Northeastern University, dass ihre zentrale Frage darin besteht, wie die Gehirnstruktur mit der Gehirnfunktion verknüpft ist.
Geschlechtsspezifische Unterschiede im Nervensystem
Bei dem transparenten hermaphroditischen Caenorhabditis elegans, das eine Länge von 1 Millimeter hat, gibt es laut der Northeastern University 302 Neuronen im Nervensystem, während Männchen etwa 387 Neuronen haben. Vivek Venkatachalam, außerordentlicher Professor für Physik an der Northeastern University, erklärte, dass diese Würmer hauptsächlich chemosensorische Tiere sind, die stark auf Geruch und Geschmack angewiesen sind. Die Forscher überwachten die Reaktionen einzelner Neuronen, wenn die Würmer chemischen Reizen (einschließlich Gerüchen, Salz und Pheromonen) ausgesetzt wurden. Durch Calcium-Imaging-Techniken, die Veränderungen der Calciumspiegel in Neuronen messen, verfolgten sie die Veränderungen der neuronalen Aktivität im Kopf des Tieres.
Das Team stellte fest, dass die sensorischen Reaktionen nicht nur zwischen den Geschlechtern variieren, sondern auch von den Reizen abhängen. „Wir wussten bereits, dass das Nervensystem von Männchen und hermaphroditischen Würmern in gewissem Maße unterschiedlich ist, aber ein Schaltplan kann Ihnen nur sagen, welche Teile des Gehirns tatsächlich arbeiten“, sagte Javier Apfeld, außerordentlicher Professor für Biologie an der Northeastern University, in einem Bericht der Northeastern University.
Geschlechtsspezifität der sensorischen Reaktionen
Das Team fand heraus, dass die sensorischen Reaktionen nicht nur geschlechtsspezifisch sind, sondern auch von den Reizen abhängen, und identifizierte geschlechtsspezifische Reaktionen in Neuronen, die mit Fressen und Verdauen verbunden sind. „Diese Dimorphismus- und Monomorphismus-Aktivitäten sind in downstream vermittelnden Neuronen weniger ausgeprägt, während sie in motorischen Neuronen noch weniger ausgeprägt sind, was darauf hindeutet, dass sensorische Neuronen die Hauptquelle und der Hauptort für geschlechtsspezifische Aktivitäten sind“, berichteten die Forscher. Die Forscher untersuchten auch, ob die Unterschiede in der neuronalen Aktivität mit den physischen Verbindungsunterschieden zwischen den Neuronen übereinstimmen. Die Wissenschaftler verglichen die beobachtete neuronale Aktivität der Würmer mit zuvor veröffentlichten synaptischen Verbindungskarten, auch als Connectomes bekannt.
Die Forscher fanden heraus, dass die funktionalen Unterschiede der Neuronen nicht mit den physischen Verbindungsunterschieden übereinstimmen. Mit anderen Worten, die Forscher untersuchten, ob die neuronale Aktivität mit den physischen Verbindungen zwischen den Neuronen übereinstimmt. Sie fanden heraus, dass strukturelle Unterschiede keine funktionalen Veränderungen vorhersagen.
„Die funktionalen Aktivitäten, die wir gemessen haben, wurden mit den synaptischen Connectomes beider Geschlechter verglichen, was zeigt, dass die geschlechtsspezifische Funktionalität der Verbindungen unterschiedlich und komplementär zur geschlechtsspezifischen Synapsenverbindung ist“, heißt es in der Studie. Diese Erkenntnisse könnten als Grundlage für die Untersuchung geschlechtsspezifischer Unterschiede im Nervensystem anderer Arten dienen. Venkatachalam warnte jedoch, dass die Ergebnisse von den Würmern nicht unbedingt direkt auf den Menschen übertragbar sind. „Das Ziel ist es, universelle Prinzipien der neuronalen Berechnung zu lernen“, fasste er in einer Mitteilung der Northeastern University zusammen.
Die Bedeutung der Forschung zu kleinen Rundwürmern und geschlechtsspezifischen Unterschieden im Nervensystem
Diese Studie untersucht das Nervensystem des hermaphroditischen Rundwurms eingehend und zeigt, wie Geschlecht sein Verhalten und seine Fortpflanzung beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass die funktionalen Unterschiede der Neuronen nicht vollständig von den physischen Verbindungen abhängen, was die traditionelle Auffassung herausfordert. Durch die Analyse der sensorischen Reaktionen entdeckten die Wissenschaftler, dass geschlechtsspezifische Unterschiede eine wichtige Rolle im Nervensystem spielen. Diese Erkenntnisse erweitern nicht nur das Verständnis des Nervensystems der Rundwürmer, sondern könnten auch als Referenz für zukünftige Studien zu geschlechtsspezifischen Unterschieden bei anderen Arten dienen und die Entwicklung der Neurowissenschaften weiter vorantreiben.