Evolutionäre Ursprünge des Gehirns

Die ersten Gehirne im Tierreich stellten einen entscheidenden Schritt in der Evolution dar. Tiere konnten nun Informationen aus der Umgebung verarbeiten, Möglichkeiten ebenso wie Gefahren erkennen. Wie bildeten sich die ersten Gehirne aus und welche Form hatten sie? Ein in Göttingen koordiniertes Forschungsprojekt soll diesen Fragen auf den Grund gehen.

Prof. Fred Wolf von der Universität Göttingen und vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation sowie Pawel Burkhardt vom Michael Sars Centre der Universität Bergen, Norwegen, erhalten eine Förderung des Human Frontier Science Program (HFSP), um sich eingehender mit den ersten Gehirnen und ihren Strukturen zu befassen.

Ihr mit 900.000 US-Dollar gefördertes Projekt „Decoding the gelatinous origins of brain evolution“ dient dazu, die Funktionsweise des sehr einfachen Nervensystems der Meerwalnuss (Mnemopsis leidyi) aus der Familie der Rippenquallen (Ctenophoren) zu verstehen. Hierzu werden sowohl theoretische als auch experimentelle Forschungsansätze genutzt. Die Forscher hoffen, das neuronale Netzwerk von Rippenquallen zu entschlüsseln. Diese planktischen Räuber können intakte marine Ökosysteme empfindlich stören. Sie verfügen – verglichen mit anderen Raubtieren – wahrscheinlich über eine der ungewöhnlichsten Hirnstrukturen auf unserem Planeten.

„Gehirne sind im Grunde lebendige Computer, die sich während der Evolution durch eine lange Abfolge von Schlüsselinnovationen herausbildeten“, so Projektkoordinator Wolf. „Mithilfe der vom HFSP bereitgestellten Mittel für Pionierforschung können wir genau diese biologischen Innovationen erforschen, die die Entstehung der ersten Gehirne vorangetrieben haben. Wir hoffen zu verstehen, wie die Meerwalnuss sich als winziges Raubtier in den Ozeanen zurechtfindet.“

Wolf ist Professor für Dynamik und Biologische Physik an der Universität Göttingen, Leiter der Forschungsgruppe Neurophysik am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation und Gründungsdirektor des Göttingen Campus Institut für Dynamik biologischer Netzwerke (CIDBN). Er erhält bereits zum dritten Mal einen HFSP-Grant.

Die Meerwalnuss dient dem Forschungsteam als Beispielorganismus. Die interdisziplinären Forschungsansätze bauen auf jüngste Durchbrüche in der Biologie von Organismen, auf molekulare Neurowissenschaften, Konnektomik, Inferenz neuronaler Schaltkreise und Neurotechnologie auf. Auf dieser Basis wird die Gruppe ein computergestütztes Bild des neuronalen Netzwerks der Meerwalnuss erstellen, das gleichzeitig mit ihrem Verhalten abgeglichen wird. Die Theoriemodelle werden mithilfe von hochauflösenden Bildern des gesamten Gehirns überprüft. Zusätzlich werden detaillierte Videoaufnahmen von freilebenden Rippenquallen herangezogen, um datengestützte quantitative 3D-Modelle der Haltungs- und Bewegungsdynamik der Tiere bei Jagd, Vortrieb und Steuerung zu erarbeiten.

„Wir freuen uns sehr, dass wir eine HFSP-Förderung zur Erforschung des Nervensystems von Rippenquallen erhalten“, so Burkhardt vom Michael Sars Centre in Bergen. „Diese Förderung ermöglicht uns, gemeinsam an einem wirklich spannenden und bahnbrechenden Projekt zu arbeiten, bei dem gleich mehrere innovative Methoden zum Einsatz kommen, um die evolutionären Ursprünge von Nervensystemen im Allgemeinen zu entschlüsseln.“

Göttingen Campus Institut für Dynamik biologischer Netzwerke (CIDBN) – Georg-August-Universität Göttingen (uni-goettingen.de)