Neurobiologie: Wie Mäuse ihren Lebensraum sehen

Forscher aus München und Tübingen haben ein Open-Source-Kamerasystem entwickelt, das die natürliche Umgebung so abbildet, wie die Nagetiere sie sehen.

Während der Evolution haben sich Tiere ihrer jeweiligen Umgebung angepasst, um die Überlebens- und Fortpflanzungschancen ihrer Art zu erhöhen. Das betraf auch die Frage, wie sie ihre Umwelt überhaupt wahrnehmen. Zu derartigen evolutiven Anpassungen gehören beispielsweise die Positionierung der Augen oder die Form von Netzhautbereichen mit hoher Sehschärfe.

Doch bislang ist das Wissen darüber alles andere als vollständig. „In den letzten zehn bis 15 Jahren hat sich die Maus als Modell für die visuelle Informationsverarbeitung etabliert“, sagt Prof. Laura Busse vom Department Biologie II der LMU. „Das war insofern überraschend, als man zuvor eher dachte, diese Nagetiere würden vor allem ihre Tasthaare oder ihren Geruchssinn zur Orientierung nutzen.“ Welche Farben Lebewesen erkennen, beeinflusst ihre Fähigkeit zur Nahrungssuche, zur Partnerwahl oder zum Schutz vor Raubtieren.

„Uns ist aufgefallen, dass wir eigentlich nicht genau wissen, wie die Maus ihre natürliche visuelle Umgebung wahrnimmt“, erzählt Busse. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1233 „Robustheit des Sehens“ hat sie an dieser Fragestellung geforscht, zusammen mit Prof. Thomas Euler von der Universität Tübingen, wo der SFB koordiniert wird. „Robustheit des Sehens“ spielt darauf an, dass Menschen und Tiere selbst in einer variablen Umwelt aus begrenzten visuellen Informationen Schlussfolgerungen ziehen können. „Gemeinsam untersuchen wir den visuellen Input bei Mäusen und die Verarbeitung neuronaler Signale“, sagt Busse.

Mit einer speziellen Kamera die Mäusesicht der Welt aufzeichnen

Mäuse sind Dichromaten. Das bedeutet: Sie haben spezielle Zapfen in ihrer Netzhaut. Diese Sinneszellen nehmen elektromagnetische Strahlung im grünen (510 Nanometer [nm]) sowie im ultravioletten Bereich (350 nm) wahr. „Wir wollten wissen, welche Farbinformation der Maus in ihrer natürlichen Umwelt zur Verfügung steht und ob die Farbstatistik in natürlichen Szenen ausreicht, die Funktion von Schaltkreisen in der Netzhaut zu erklären“, so Busse.

Gemeinsam haben die Teams von Euler und Busse ein kostengünstiges Open-Source-Kamerasystem entwickelt. Im Unterschied zu Standardkameras deckt ihre Technologie den relevanten Spektralbereich der Nagetiere im Grünen und Ultravioletten gut ab. Ein Gimbal, also eine spezielle Aufhängung für Kamerasysteme, macht die Bewegungen beim Einsatz vor Ort flüssiger und hilft, Ruckeln zu vermeiden.

Mit dieser Kamera fertigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Feldern bei Mäusespuren Aufnahmen an, und zwar zu verschiedenen Tageszeiten. „Bislang wussten wir, dass bei Mäusen der Teil der Netzhaut, mit dem sie den Himmel wahrnehmen, besonders UV-sensitiv ist“, sagt Busse. „Der andere Teil, der eher zum Boden gerichtet ist, hat eine stärkere Grün-Sensitivität“. Die LMU-Neurowissenschaftlerin fand heraus, dass genau solche farblichen Unterschiede in natürlichen Lebensräumen von Nagetieren häufig vorkommen. Die Anpassung daran könnte ein Resultat der Evolution sein – und der Maus beispielsweise helfen, Fressfeinde am Himmel zu erkennen. Untersuchungen in künstlichen neuronalen Netzen bestätigen die Vermutung.

Originalpublikation:
Qiu Y et al. Natural environment statistics in the upper and lower visual field are reflected in mouse retinal specializations. Current Biology 2021.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S096098222100676X
https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.05.017