Kurzzeit-Orientierungsstrategien in Drosophila melanogaster

Tiere müssen Nahrung, Fortpflanzungspartner oder eine angenehme Umgebung finden und gleichzeitig eventuellen Gefahren aus dem Weg gehen. Eine effektive Orientierungsstrategie stellt für sie einen enormen Vorteil dar, vor allem wenn sie sich in einer komplexen Umwelt bewegen. Eine bisher unbekannte Art, die Orientierung zu optimieren, wird in dieser Arbeit vorgestellt. Sie analysiert, wie sich Taufliegen in einem Temperatur- Gradienten sowie in einer visuell geprägten Umwelt orientieren. Die dabei gefundene Orientierungsstrategie wird als „Memotaxis“ bezeichnet. Sie basiert auf der Integration von Informationen entlang der Wegstrecke, was dazu führt, dass die eingeschlagene Richtung proportional zum positiven Feedback immer stereotyper beibehalten wird. Obwohl die Memotaxis perfekt für die Orientierung in verrauschten Gradienten geeignet ist, wurde ihre Existenz in Situationen mit wenig Rauschen nachgewiesen. Die Strategie führt im Temperaturgradienten dazu, dass Fliegen umso weiter über ein Temperaturoptimum hinweg laufen, je weiter sie vorher darauf zuliefen. Beim Anlauf visueller Stimuli zeigen sie ein ähnliches Verhalten. Je weiter sie auf eine Landmarke zulaufen, desto länger dauert es, bis sie nach deren Verschwinden von dieser Richtung abweichen. Dies gilt auch dann, wenn man gleichzeitig mit dem Verschwinden der Landmarke der Fliege eine andere anbietet. Memotaxis sollte bei vielen Tieren eine gewichtige Rolle spielen, bei der Taufliege können durch die verfügbaren genetischen Methoden zusätzlich die dafür relevanten Gehirnzentren und die biochemischen Komponenten gefunden werden. Der Ellipsoidkörper des Zentralkomplexes ist für die Memotaxis in visuellen Umgebungen notwendig.rnDas Verhalten auf einem vertikalen Laufband wurde analysiert, vor allem im Hinblick auf die adaptive Termination dieses Verhaltens. Die Fliegen erkannten lange Zeit nicht, dass ihr Verhalten nicht zielführend ist und liefen stereotyp und ohne voranzukommen nach oben. Dieses Verhalten wird sogar noch verstärkt, wenn man das visuelle Feedback für die Bewertung ihres Verhaltens verstärkt. rn

Animals need to find food, mating partners, nesting sites or a comfortable environment. Therefore, an effective orientation strategy provides a huge benefit for those who move in a complex environment. A way to optimize orientation is analyzed in this work, shown representatively in temperature gradient orientation and in visual object approach of fruit flies. This orientation strategy is called “memotaxis”. It benefits from the integration of past events, leading to a robust path towards the desired goal. Although memotaxis is perfectly suited for noisy environments, its existence was conveniently proven in situations with low noise. The strategy was found in temperature orientation, in which flies are over-running a temperature optimum: The distances travelled after crossing the optimum scale are dependent on the distances walked towards this optimum. In landmark approach experiments, fruit flies show a similar behavior: The longer they approach a particular target, the longer it takes for them to abandon it after its disappearance. This holds true even in the presence of a distracting landmark that is switched on simultaneously with the disappearance of the first-visited target. Memotaxis is assumed to exist in many animals, but the genetic tools available in Drosophila melanogaster allowed localizing relevant brain centers and pathways. The ellipsoid body within the central complex is necessary for memotactic behavior in visual environments. rnThe behavior in a vertical treadmill was analyzed, revealing that the situation in this setup is too sophisticated for an adaptive termination of behavior; the flies did not realize this pointless behavior and persisted in upward walking. When providing distinct visual feedback cues, this behavior is even more pronounced.rn