• vom 09.09.2013, 16:53 Uhr

Forschung


Fadenwurm

Gedanken eines Wurms




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  • Neue Mikroskopietechnik erlaubt Einblick in die Funktionsweise des Gehirns
  • C. elegans soll zeigen, wie Bewegungen geplant und ausgeführt werden.

Fadenwurm als Modellorganismus: Kalziumsensoren lassen Zellen leuchten.

Fadenwurm als Modellorganismus: Kalziumsensoren lassen Zellen leuchten.© IMP Fadenwurm als Modellorganismus: Kalziumsensoren lassen Zellen leuchten.© IMP

Wien. (gral/ag) Das große Ziel der Neurowissenschaften ist es, aus den Aktivitätsmustern von Neuronen abzuleiten, wie Organismen Sinnesreize verarbeiten, Entscheidungen treffen und dann reagieren - also praktisch, wie das Gehirn arbeitet. Besonders gut lässt sich das neuerdings beim Fadenwurm C. elegans beobachten. Zwar besteht dieser nur aus 302 Nervenzellen, doch diese in ihrer Gesamtheit zu beobachten, war bisher nicht möglich.

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Wiener Biologen und Physiker haben nun eine Mikroskopietechnik entwickelt, mit der man die Aktivität von einem Großteil der Nervenzellen eines solchen Wurms fast gleichzeitig einsehen kann. Damit könnte man nun untersuchen, wie bestimmte Reize im Gehirn verarbeitet werden und zu einem bestimmten Verhalten führen, erklären die Forscher in der Fachzeitschrift "Nature Me-thods".

Der genaue Schaltplan des Fadenwurms, dessen 302 Nervenzellen mit 8000 Synapsen verbunden sind, ist schon seit mehr als 25 Jahren bekannt. Doch so, wie man über die Aktivitäten in einer Stadt erfährt, wenn man den Verkehr verfolgt und nicht bloß den Stadtplan studiert, kann man auch das Nervensystem besser verstehen, wenn man weiß, wann und wie sich die Nervenzellen untereinander verständigen.

Bis jetzt konnte man aber lediglich die Aktivität einzelner Zellen gleichzeitig studieren - also beobachten, was in ein paar Straßen passiert und nicht in der ganzen Stadt.

C. elegans, der in freier Wildbahn im Erdreich lebt, ist für die Wissenschafter ein praktischer Modellorganismus, um die Signalleitung auszukundschaften. Bisher konnten immer nur kleine Abschnitte des Wurms mit einer guten Auflösung betrachtet werden, erklärt Alipasha Vaziri vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) und den Max F. Perutz Laboratories in Wien. Um größere Abschnitte zu untersuchen, musste man sie quasi Schritt für Schritt durchscannen, was Zeit kostete. "Wir haben mit einem Trick, den wir ,Light Sculpting‘ nennen, geschafft, diese beiden Dinge zu entkoppeln, und können nun einen großen Bereich ausleuchten und trotzdem die Auflösung sehr genau halten." Dadurch könne man die Neuronen in einer Ebene gleichzeitig beobachten und bräuchte nur mehr hinauf- und hinunterzuscannen, um zu einem dreidimensionalen Bild zu kommen.

Nervenzellen leuchten auf
Die Nervenaktivität wird mit Hilfe von Kalziumsensoren gemessen. So leuchtet ein bestimmtes zur Markierung verwendetes fluoreszierendes Protein auf, wenn es Kalzium bindet. Sobald die Neuronen aktiviert werden, steigen die Kalziumkonzentration und damit auch die Intensität der Fluoreszenz in den messbaren Bereich an. So wurden die Umrisse einzelner Nervenzellen sichtbar und damit der Blick ins Gehirn des Wurms möglich.

"Als nächsten Schritt wollen wir erforschen, wie unterschiedliche Reize im Gehirn verarbeitet werden", betont Tina Schrödel, Neurobiologin am IMP. Also etwa Bewegungsabläufe im Gehirn geplant und ausgeführt werden. Dazu müssen aber noch die Mikroskopietechnik und die Datenanalyse verbessert werden, um dies auch bei frei beweglichen Würmern aufzeichnen zu können.

Außerdem könnte man sich an die Nervensysteme von größeren Tieren heranwagen, erklären die Wissenschafter in der Fachzeitschrift. Doch etwa alle Aktivitäten im menschlichen Nervensystem zu erfassen, wird wohl ein bisschen komplizierter als bei den Würmern: Menschen haben hunderte Milliarden Nervenzellen, und es gibt laut Berechnungen mehr Möglichkeiten, diese miteinander zu verbinden, als Atome im Universum.




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Dokument erstellt am 2013-09-09 17:03:04



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