Das überraschende Verhalten männlicher Fruchtfliegen unter intensiven Lichtbedingungen

Feature vom 28. August 2023

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von Stephanie Baum, Phys.org

Eine kürzlich in Open Biology veröffentlichte Studie berichtet, dass die Einwirkung von intensivem Licht bei männlichen Fruchtfliegen (Drosophila) fast augenblicklich ein Balzverhalten auslöst. Überraschenderweise beobachteten die Forscher unter diesen Bedingungen sowohl männlich-männliches als auch männlich-weibliches Balzverhalten. Während das Balzverhalten zwischen Männchen und Männchen bei Fruchtfliegen keine neue Entdeckung ist, deuten die Ergebnisse dieser Studie darauf hin, dass intensive Lichteinwirkung es gezielt auslöst.

Ein Forschungsteam, dem Mitglieder der Fakultät für Biologie und des Iowa Neuroscience Institute der University of Iowa sowie der Fakultät für Biowissenschaften der University of Alabama angehörten, machte diese Entdeckung, als es das allgemeine Verhalten männlicher Fruchtfliegen in intensiv beleuchteten Testarenen beobachtete.

Frühere Studien haben herausgefunden, dass der innere Antrieb, frühere Erfahrungen und sensorische Eingaben von externen Quellen – einschließlich geschmacklicher, olfaktorischer, visueller und mechanosensorischer Signale – allesamt Einfluss auf das Balzverhalten der Männchen gegenüber empfänglichen Weibchen bei Drosophila melanogaster haben. Männliche Fliegen machen in der Regel eine Show daraus, ihre Flügel zu jagen, zu lecken, auszubreiten und sie zu benutzen, um Balz-„Lieder“ zu erzeugen, bevor sie schließlich die anvisierten Weibchen besteigen.

Ähnliches Männchen-Männchen-Balzverhalten trat bei mutierten Fliegen in früheren Untersuchungen auf, bei denen es um die Manipulation spezifischer Gene ging. Diese neue Studie begann jedoch mit Beobachtungen von Wildtyp-Drosophila melanogaster aus zwei verschiedenen Stämmen.

In speziell mit einstellbarer LED-Beleuchtung, Mikrofonen, Webcams und einem Fliegenverfolgungssystem ausgestatteten Arenen führte das Team mehrere Experimente durch, um das Verhalten der Fliegen zu beobachten.

Beginnend mit Fliegen in rein männlichen Gruppen maßen die Forscher deren Aktivität bei unterschiedlichen Lichtintensitäten, beginnend mit einer Belichtungszeit von zwei Minuten bei 0,4 Kilolux (Abkürzung: klx, was einer normalen Raumbeleuchtungsstärke entspricht) und steigerten sich dann auf 18 klx weitere zwei Minuten und dann noch einmal zwei Minuten bei 0,4 klx. Um die Auswirkungen von Nicht-LED-Lichtquellen zu testen, führten sie auch ähnliche Tests mit Glühlampenlicht mit einer Spitzenintensität von 25 klx und Sonnenlicht mit einer Spitzenintensität von 90 klx durch.

Zu den bemerkenswerten Ergebnissen bei Experimenten mit verschiedenen Lichtquellen gehört, dass Fliegen beider Stämme innerhalb von Sekunden nach dem Einschalten des Lichts mit ihren Balzversuchen begannen und ihre Aktivität bei der Einwirkung der hellsten Lichtstärken erheblich zunahm. Bei jedem Fliegenstamm beobachteten die Forscher Flügelausdehnungs-, Verfolgungs- und auch „Verkettungs“-Verhalten, bei dem die Fliegen eine Linie bildeten, was zuvor in anderen Studien nur bei Mutanten beobachtet wurde.

Die Fliegen produzierten auch Männchen-Männchen-Balzlieder mit ähnlichen Merkmalen wie Lieder, die während der Männchen-Frau-Balz erzeugt wurden. Die Forschung stellt einen Zusammenhang zwischen der Gesangsproduktion und der durch Licht induzierten Flügelausdehnung fest.

Die Forscher testeten außerdem, ob die Exposition gegenüber hochintensivem Licht in gemischtgeschlechtlichen Gruppen ein ähnliches Balzverhalten auslösen würde, und ihre Ergebnisse ähnelten denen, die in rein männlichen Gruppen beobachtet wurden.

Nachdem das Team Tests an Wildtyp-Fliegen durchgeführt hatte, wollte es verstehen, wie unterschiedliche sensorische Systeme an der durch Licht ausgelösten Männchen-Männchen-Balz beteiligt sein könnten, und untersuchte Fliegen mit einer Reihe von Mutationen. Bei völlig blinden Mutanten, die intensivem Licht ausgesetzt waren, stellten sie keine Balzaktivität fest. Auch sehbehinderte (aber nicht völlig blinde) Mutanten, denen der zentrale R7-Photorezeptor für UV-Licht fehlt, zeigten unter intensivem Licht keine Männchen-Männchen-Balz.

Männer mit bestimmten Mutationen des weißen Gens, denen visuelle Screening-Pigmente fehlen (ein Zustand, der zu erhöhter Lichtempfindlichkeit, aber verminderter Bildverarbeitungsfähigkeit führt), zeigten in der Testarena Fortbewegung, machten aber nicht gezielt Werbung für andere Männer. In ähnlicher Weise beobachtete das Team ein vermindertes Balzverhalten zwischen Männchen und Männchen bei Mutanten mit leuchtend orangefarbenen und weißen Augen.

Im Gegensatz dazu zeigt die Forschung, dass Veränderungen der auditiven und mechanosensorischen Reize in Form von Flügelschnitten die Fähigkeit der betroffenen Fliegen, Balzlieder zu produzieren, nicht veränderten und sie in der Lage waren, sich an der Verfolgung und Aneinanderreihung zu beteiligen. Sogar Fliegen mit nur einem Flügel konnten eine Flügelausdehnungsfrequenz erreichen, die der von Wildtypfliegen nahe kam.

Besonders überraschende Ergebnisse lieferten mutierte männliche Fliegen mit vermindertem und völlig fehlendem Riechvermögen. Bei niedrigeren Lichtverhältnissen war ihr Balzverhalten zwischen Männchen und Männchen stärker ausgeprägt als das der Wildtyp-Männchen – bei Fliegen mit vermindertem Geruchssinn sogar so stark, dass etwaige Verhaltenssteigerungen, die sie möglicherweise zeigten, bei intensiver Lichteinwirkung nicht gemessen werden konnten. Diejenigen, die völlig geruchsblind waren, zeigten bei schwacher Lichteinwirkung einen leichteren Anstieg, und so konnte das Team einen Anstieg ihrer Aktivitäten in Zeiten höchster Lichtintensität messen.

Als das Team das Balzverhalten zwischen Männern und Frauen bei geruchsblinden und geruchsreduzierten Männern untersuchte, kamen sie zu ähnlichen Ergebnissen.

Insgesamt deuten die Forschungsergebnisse darauf hin, dass die Einwirkung intensiven Lichts das Balzverhalten männlicher Fruchtfliegen sowohl gegenüber Weibchen als auch gegenüber anderen Männchen verstärkt, ihre Geschlechtspräferenz jedoch nicht verändert. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse auch darauf hin, dass eine unbeeinträchtigte visuelle Verarbeitung wahrscheinlich entscheidend für ein verstärktes Balzverhalten bei hohen Lichtverhältnissen ist und dass eine weitere Untersuchung der Rolle der olfaktorischen Verarbeitung beim Balzverhalten männlicher Drosophila zu einem umfassenderen Verständnis dieses Themas führen könnte.

Mehr Informationen: Atsushi Ueda et al., Intensives Licht löst männlich-männliches Balzverhalten bei Wildtyp-Drosophila aus, Open Biology (2023). DOI: 10.1098/rsob.220233

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