Das überraschende Verhalten männlicher Fruchtfliegen unter intensiven Lichtbedingungen

28. August 2023 Feature

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Korrekturgelesen von Stephanie Baum, Phys.org

Eine kürzlich in Open Biology veröffentlichte Studie zeigt, dass die Exposition gegenüber intensivem Licht fast sofort das Paarungsverhalten männlicher Fruchtfliegen (Drosophila) auslöst. Überraschenderweise wurde unter diesen Bedingungen sowohl männliches als auch weibliches Paarungsverhalten von Männchen beobachtet. Während männliches Paarungsverhalten bei Fruchtfliegen keine neue Entdeckung ist, legen die Ergebnisse dieser Studie nahe, dass intensive Lichtexposition dies spezifisch auslöst.

Ein Forschungsteam, zu dem Mitglieder vom Fachbereich Biologie und dem Iowa Neuroscience Institute der University of Iowa sowie vom Fachbereich Biologische Wissenschaften an der University of Alabama gehören, machte diese Entdeckung bei der Beobachtung des allgemeinen Verhaltens männlicher Fruchtfliegen in stark beleuchteten Testarenen.

Frühere Studien haben gezeigt, dass innere Triebfeder, vorherige Erfahrungen und sensorische Eingaben von externen Quellen - einschließlich geschmacklicher, olfaktorischer, visueller und mechanosensorischer Signale - alle in das Paarungsverhalten von Männchen gegenüber empfänglichen Weibchen bei Drosophila melanogaster einfließen. Männliche Fliegen zeigen in der Regel ein beharrliches Verfolgen, Lecken, Ausstrecken ihrer Flügel und nutzen sie zur Produktion von Paarungsgesängen, bevor sie schließlich das Zielfluginsekt besteigen.

Ähnliches männliches Paarungsverhalten von Männchen wurde bereits bei mutanten Fliegen in früheren Forschungsarbeiten beobachtet, bei denen bestimmte Gene manipuliert wurden. Diese neue Studie begann jedoch mit Beobachtungen von Wildtyp-Drosophila melanogaster aus zwei verschiedenen Stämmen.

Mit speziellen Testarenen, die mit einstellbarer LED-Beleuchtung, Mikrofonen, Webcams und einem Fliegenverfolgungssystem ausgestattet waren, führte das Team mehrere Experimente durch, um das Verhalten der Fliegen zu beobachten.

Die Forscher begannen mit Fliegen in männlichen Gruppen und maßen ihre Aktivität unter verschiedenen Lichtintensitäten. Sie begannen mit einer Belichtungszeit von zwei Minuten bei 0,4 Kilolux (Abkürzung: klx, was einem normalen Raumbeleuchtungsstandard entspricht), erhöhten dann auf 18 klx für weitere zwei Minuten und anschließend weitere zwei Minuten bei 0,4 klx. Um die Auswirkungen von nicht-LED-Lichtquellen zu testen, führten sie auch ähnliche Tests mit Glühlampenlicht bei einer Spitzenintensität von 25 klx und Sonnenlicht bei einem Spitzenwert von 90 klx durch.

In den Experimenten mit den verschiedenen Lichtquellen begannen die Fliegen beider Stämme innerhalb von Sekunden nachdem das Licht eingeschaltet wurde, mit ihren Paarungsversuchen. Ihre Aktivität nahm während der Exposition gegenüber den hellsten Lichtstufen deutlich zu. Bei beiden Fliegenstämmen beobachteten die Forscher Flügelstreckung, Verfolgung und auch "Kettenbildung" - bei der sich die Fliegen in einer Linie aufstellten -, was zuvor nur bei mutanten Fliegen in anderen Studien beobachtet wurde.

Die Fliegen produzierten auch männliche Paarungsgesänge mit ähnlichen Merkmalen wie die Gesänge bei männlich-weiblicher Paarung. Die Forschung zeigt eine Beziehung zwischen der Songproduktion und der durch Licht ausgelösten Flügelstreckung.

Zusätzlich testeten die Forscher, ob intensive Lichtexposition ähnliche Paarungsverhaltensweisen in gemischten Geschlechtergruppen auslöst. Die Ergebnisse waren ähnlich wie bei den Beobachtungen in den rein männlichen Gruppen.

Nachdem sie Tests mit den Wildtypfliegen durchgeführt hatten, wollten die Forscher herausfinden, welche Rolle verschiedene sensorische Systeme bei lichtgetriggertem männlichem Paarungsverhalten spielen und untersuchten Fliegen mit verschiedenen Mutationen. Bei völlig blinden mutanten Fliegen, die intensivem Licht ausgesetzt waren, wurde keine Paarungsaktivität festgestellt. Bei visuell beeinträchtigten (aber nicht völlig blinden) mutanten Fliegen, die den R7-Zentralphotorezeptor für UV-Licht vermissten, wurde unter intensivem Licht ebenfalls kein männliches Paarungsverhalten beobachtet.

Männchen mit bestimmten Mutationen des White-Gens, die keine visuellen Pigmente zur Filterung besitzen (eine Bedingung, die zu einer erhöhten Lichtempfindlichkeit, aber zu einer beeinträchtigten Bildverarbeitungsfähigkeit führt), zeigten zwar Bewegung in der Testarena, zeigten jedoch keine spezifische Paarung mit anderen Männchen. Ähnlich beobachtete das Team auch bei Augenfarbmutanen mit hellen orangefarbenen Augen und weißen Augen ein verringertes männliches Paarungsverhalten.

Im Gegensatz dazu weist die Forschung darauf hin, dass Änderungen von akustischen und mechanosensorischen Reizen in Form von Flügelschnitten die Fähigkeit der betroffenen Fliegen zur Produktion von Paarungsgesängen nicht veränderten und sie in der Lage waren, an Verfolgung und Kettenbildung teilzunehmen. Selbst Fliegen mit einem einzelnen Flügel konnten eine Flügelstreckungsfrequenz erreichen, die der von Wildtyp-Fliegen nahe kam.

Mutant male flies with diminished and completely absent olfactory abilities provided particularly surprising results. At lower light levels, their male-male courtship behaviors measured higher than those of wild-type males—so high in flies of diminished olfactory ability, in fact, that any behavioral increases they might have shown could not be measured during intense light exposure. Those who were completely smell-blind exhibited milder increases during low-light exposure, and thus the team was able to measure increases in their activities during peak light intensity periods.

When the team examined male-female courtship behaviors among smell-blind and smell-diminished males, they found similar results.

Overall, the research suggests that exposure to intense light heightens courtship behavior of male fruit flies toward both females and other males, but does not switch their sex preference. Furthermore, the findings also indicate that unimpaired visual processing is likely critical to intensified courtship behavior under high light levels, and that further examination of the role of olfactory processing in the courtship behavior of male Drosophila may provide a broader understanding of this topic.

Journal information: Open Biology

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