Warum Fruchtfliegen schlauer sind als Sie denken

Fruchtfliegen, oder SchwarzbauchfruchtfliegeFruchtfliegen gehören zu den am häufigsten untersuchten Organismen, da sie eine kostengünstige und zugängliche Plattform für die Erforschung biologischer Prozesse bieten. Obwohl sie sich optisch nicht von Menschen unterscheiden, teilen Fruchtfliegen 75 % der krankheitsverursachenden Gene mit uns, weshalb Wissenschaftler sie genutzt haben, um menschliche Krankheiten besser zu verstehen.

Forscher haben seit langem dokumentiert, dass diese winzigen Insekten eine bewusste Strategie anwenden, die als „Suchen und Sprinten“ bekannt ist, um in windigen Umgebungen Nahrungsquellen zu finden. Mit dieser Technik nehmen Fruchtfliegen den Duft von etwas Leckerem auf, flitzen dann gegen den Wind, um den Duft aufzuspüren, und springen dann von einer Seite zur anderen, wenn sie den Duft verlieren, um ihn wiederzufinden.

Wissenschaftler erklärten, dass das Aufnehmen eines Geruchs im Wind nicht bedeutet, dass sich die Quelle in der Nähe befindet. Möglicherweise hat die Brise den Duft sogar von einem entfernten Punkt hergetragen. Daher ist die Toss-and-Dash-Technik eine effektive Möglichkeit, den Ursprung eines Duftes im Wind zu verfolgen.

Was passiert also, wenn es keinen Wind gibt?

„Sie haben noch einen weiteren Trick im Ärmel“, sagte Markus Stensmeyer, außerordentlicher Professor für Sinnesbiologie an der Universität Lund, der nicht an der Studie beteiligt war.

Der Trick bei Windstille: Die Fliegen machen eine kreisende Abwärtsbewegung. Die Autoren fanden heraus, dass Fliegen, wenn sie auf einen Geruch stoßen und ihn dann in stiller Luft verlieren, sich nach unten drehen, um die Geruchsquelle zu finden.

Dieses Verhalten mag nicht schockierend sein – die meisten Fliegen-Cartoons zeigen sie, wie sie einen stinkenden Futterhaufen umkreisen. Dies ist jedoch das erste Mal, dass Wissenschaftler dokumentiert haben, wie sich Fruchtfliegen in Umgebungen mit ruhender Luft verhalten, und damit die wohlbegründete menschliche Intuition bestätigen.

In ruhiger Luft weist das Aufnehmen eines Geruchs darauf hin, dass sich die Quelle möglicherweise in der Nähe befindet, was den Ansatz „Senken und Kreisen“ nützlicher macht.

Einige Forscher haben vorgeschlagen, dass Hunde und Ratten ein ähnliches Verhalten zeigen, wenn sie hoch und tief schnüffeln, um sich einem Geruch zu nähern.

Um ihre Studie durchzuführen, mussten die Autoren zunächst einen Weg finden, den Geruchssinn einer Fliege in einer windstillen Umgebung zu stimulieren. Aber wie liefert man Düfte ohne Wind? David Stupski, Hauptautor der Studie und Postdoktorand in Biologie und Ingenieurwissenschaften an der University of Nevada, Reno, beschrieb den Ansatz der Wissenschaftler: Der Ansatz als „virtuelle Realität für den Geruchssinn“.

Die Forscher verwendeten gentechnisch veränderte Fliegen, die lichtaktivierte Neuronen in ihren Antennen hatten, die im Wesentlichen die Nase der Fliege darstellen. Dadurch konnten die Forscher den Geruchssinn der Fliege durch rote Lichtblitze anstelle von tatsächlichen Gerüchen stimulieren. Der lichtbasierte Ansatz ermöglichte es den Forschern, die Schwierigkeit zu umgehen, die mit der Bereitstellung kontrollierter Geruchswolken verbunden ist, die im Weltraum schwer zu lokalisieren sind.

Den Forschern gelang es, die Lichter einfach ein- und auszuschalten, um Licht als Ersatz für Gerüche präzise abzugeben. Die Forscher führten ihre Studie in einem speziell entwickelten Windkanal mit 12 Kameras durch, um die Bewegung der Fliege dreidimensional zu verfolgen. Insekten in ihrem natürlichen Zustand im Flug zu beobachten ist sehr schwierig, weshalb viel Forschung an Lauffliegen betrieben wird, deren Bewegung sich über zwei statt über drei Dimensionen erstreckt.

Nachdem sie beobachtet hatten, dass sich Fruchtfliegen je nach Luftbedingungen unterschiedlich bewegten, kamen die Autoren zu dem Schluss, dass Fruchtfliegen die Anwesenheit und Richtung des Windes spüren können.

„Wenn man während der Fahrt den Kopf aus dem Autofenster steckt, erkennt man dann, ob es windig ist oder nicht?“ fragte Floris van Brueghel, der leitende Forscher der Studie und Assistenzprofessor für Maschinenbau. Es ist schwierig, eine leichte Brise zu erkennen, während man sich durch die Luft bewegt, aber Fruchtfliegen beherrschen das trotzdem hervorragend.

Die Autoren vermuten, dass Fliegen langsamer werden und sich umdrehen, wenn sie auf einen Geruch stoßen, um festzustellen, ob es Wind gibt und woher er kommt.

„Das ist ein sehr komplexer Rechenprozess, der in diesem sehr kleinen – und vermeintlich einfachen – Gehirn abläuft“, sagte Elizabeth Hong, Professorin für Neurowissenschaften am Caltech, die nicht an der Studie beteiligt war.

Laut Richard Benton, Professor an der Universität Lausanne und Experte für Neurowissenschaften, könnte das Verständnis, wie Fruchtfliegen Gerüche verfolgen, Wissenschaftlern helfen, schädliche Schädlinge wie Mücken besser zu verstehen. Wissenschaftler sind besonders daran interessiert, die Fähigkeit von Mücken zu verhindern, Menschen zu finden und sich von ihnen zu ernähren, um die Übertragung von Krankheiten zu verringern.

Der Geruchssinn könnte auch Informationen für die nächste Generation von Ortungsgeräten liefern, die darauf ausgelegt sind, die Quelle chemischer Lecks in geschlossenen Räumen zu finden.

Vielleicht kann diese Studie den Fruchtfliegen etwas Respekt verschaffen. Schließlich hat diese Fliege herausgefunden, wie sie neben den Menschen gedeihen kann, indem sie Gerüche in unseren windstillen Häusern aufspürt.

„Sie haben ein kleines Gehirn, aber sie machen viele Dinge damit“, sagte Benton.