Neue Einblicke in die komplexe Neurochemie von Ameisengehirnen

Das Gehirn der Ameisen ist ein ausgeklügeltes Organ, das es den Insekten ermöglicht, komplexe Verhaltensweisen wie die Organisation von Kolonien zu koordinieren. Jetzt haben ForscherInnen der MedUni Wien eine Methode entwickelt, um die Chemie des Ameisengehirns zu untersuchen und Einblicke in die neurobiologischen Prozesse zu gewinnen.

Die Erkenntnisse können helfen, die Evolution des Sozialverhaltens im Tierreich oder die Biochemie bestimmter Hormonsysteme zu verstehen, die sich von der Ameise bis zum Menschen ähnlich entwickelt haben. In der Studie nutzten die ForscherInnen unter der Koordination von Christian Gruber vom Institut für Pharmakologie der MedUni Wien eine Kombination aus hochauflösender Massenspektrometrie-Bildgebung (MSI) und Mikrotomographie (μCT), um die dreidimensionale Verteilung von Neuropeptiden in den Gehirnen von zwei Ameisenarten, der Blattschneiderameise (Atta sexdens) und der schwarzen Wegameise (Lasius niger), zu kartieren.

ForscherInnen der MedUni Wien, des Max Planck Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Uni Bremen haben eine neue Methode entwickelt, um die nur Millimeter großen Gehirne sozialer Insekten zu untersuchen, was in Zukunft eine entscheidende Rolle bei der Erforschung grundlegender neurobiologischer Prozesse spielen kann. Die Methode integriert 3-dimensional erhaltene chemische Mess-Daten in hochauflösende Anatomiemodelle und ermöglicht die Visualisierung der unverfälschten 3D-Neurochemie in ihrer anatomischen Umgebung. Die in der Fachzeitschrift PNAS Nexus veröffentlichte Studie zeigt, dass einige Ameisen-Peptide, wie die Tachykinin-verwandten Peptide TK1 und TK4, in vielen Hirnregionen beider Ameisenarten weit verbreitet sind, während andere Peptide, wie z.B. Myosuppressin, auf bestimmte Regionen beschränkt sind. Die ForscherInnen haben auch auf der Ebene der einzelnen Arten Unterschiede festgestellt, da viele Peptide im Sehnervenlappen von L. niger identifiziert wurden, aber nur ein Peptid (ITG-ähnlich) in dieser Region bei A. sexdens gefunden wurde.

Das Besondere der neuen Methode: Daten werden korrelativ ausgewertet, d.h. 3D-Karten der Verteilung von Neuropeptiden werden mit 3D-Modellen der Anatomie genau zusammengebracht und man hat somit 2 Karten zum Navigieren, jede mit anderen Infos. Dies ist entscheidend zur Untersuchung von Organen mit hoher Plastizität, wie z.B. Gehirnen sozialer Insekten, die aufgrund ihrer komplexen Arbeitsteilung und Kastenordnung im Ameisenstaat besonders schwierig zu untersuchen sind. Aufbauend auf früheren MS-Imaging-Studien zu Neuropeptiden in wirbellosen Modellsystemen, bietet dieser Ansatz einen vielversprechenden Weg zur Untersuchung grundlegender neurobiologischer Prozesse, indem er die unverfälschte 3D-Neurochemie in ihrer komplexen anatomischen Umgebung sichtbar macht.

„Diese Forschungsergebnisse haben das Potenzial, die Art und Weise, wie wir komplexe neurobiologische Prozesse untersuchen, grundlegend zu verändern. Unsere Methode bietet eine neue Perspektive, Gehirne sozialer Insekten genauer zu beobachten und die Funktionsweise von Nervensystemen im Einklang von Chemie und Anatomie besser zu verstehen“, sagen der Erstautor Benedikt Geier und Co-Erstautorin Esther Gil Mansilla. „Ameisen gelten als Modellspezies der Neurobiologie. Durch die höchst-komplexe Organisation von Ameisenkolonien kann die Anwendung dieser Methode in Zukunft helfen, z.B. die Evolution von Sozialverhalten im Tierreich oder die Biochemie bestimmter Hormonsysteme, welche sich von Ameise bis Mensch in ähnlicher Weise entwickelt haben, nachzuvollziehen“, berichtet Christian Gruber.