Entschlüsselt: So funktioniert das Nervensystem der Fruchtfliege

Wie gelangt ein Signal vom Gehirn bis zu den Muskeln, die schließlich eine Bewegung ausführen? Selbst bei der winzigen Fruchtfliege ließ sich dieser Weg bisher nicht vollständig verfolgen. Zwei internationale Forschungsteams haben nun erstmals das gesamte zentrale Nervensystem der Tiere kartiert – vom Gehirn über den Hals bis zu den Nervenzellen, die die Muskeln steuern. Mit dabei war war Dr. Katharina Eichler von der Universität Leipzig. 

Bisherige Schaltpläne des Fliegengehirns hatten eine Lücke. Gehirn und Bauchmark, das Gegenstück zum Rückenmark bei Wirbeltieren, waren bereits kartiert worden. Aber jeweils in verschiedenen Tieren. Wie ein Sinneseindruck im Gehirn schließlich zu einer Bewegung führt, ließ sich deshalb nur über Umwege nachvollziehen. Die neuen Schaltpläne, sogenannte Konnektome, zeigen erstmals alle Nervenzellen und ihre Verbindungen in jeweils einem Tier.

Das weibliche Konnektom "BANC" entstand unter Leitung der Harvard Medical School. Es umfasst rund 160.000 Nervenzellen. Mehr als 150 Fachleute arbeiteten drei Jahre daran, die automatisch erzeugte Rekonstruktion zu überprüfen.

Die Auswertung zeigt: Nicht jede Bewegung wird direkt vom Gehirn gesteuert. Vieles regelt das Nervensystem vor Ort. Wenn die Fliege läuft, flüchtet, sich putzt oder frisst, arbeiten Sinneszellen, Nervenzellen und Muskeln zusammen. Das Gehirn gibt dabei eher die Richtung vor, als jeden einzelnen Schritt zu steuern.

Das männliche Konnektom "maleCNS" entstand in internationaler Zusammenarbeit unter anderem mit dem Janelia Research Campus, der University of Cambridge und Google Research. Mit 166.700 Nervenzellen ist es bislang der größte vollständige Gehirnschaltplan. Weil nun Daten eines männlichen und eines weiblichen Tieres vorliegen, können Forschende die Nervensysteme erstmals bis hin zu einzelnen Verbindungen zwischen Nervenzellen vergleichen.

Bei Männchen und Weibchen sind die Nervenzellen für Wahrnehmung und Bewegung größtenteils gleich. Unterschiede fanden die Forschenden vor allem dort, wo im Gehirn Entscheidungen getroffen und Verhalten gesteuert wird. Zwar sind nur wenige Nervenzellen geschlechtsspezifisch. Sie beeinflussen aber große Teile des Gehirns.

Katharina Eichler untersuchte in beiden Projekten rund 1.300 Nervenzellen, die Befehle vom Gehirn an den Körper weitergeben. Sie rekonstruierte und benannte diese Zellen. Dadurch können Forschende nun dieselben Nervenzellen bei Männchen und Weibchen vergleichen und sie auch in älteren Schaltplänen wiederfinden. "Die absteigenden Neuronen sind so etwas wie die Kommandoleitungen des Gehirns. Über sie entscheidet sich, ob eine Fliege läuft, fliegt, flüchtet oder balzt“, sagt die Leipziger Forscherin.

Das menschliche Gehirn hat rund 86 Milliarden Nervenzellen, die Fliege nur einen Bruchteil davon. Trotzdem zeigt sie komplexes Verhalten wie Lernen und Navigation. "Viele Grundprinzipien, wie Nervensysteme Verhalten erzeugen, sind wahrscheinlich über Artgrenzen hinweg ähnlich", sagt Eichler. Beide Datensätze sind frei zugänglich. In Leipzig nutzt Eichler sie bereits für vergleichende Studien zwischen verschiedenen Fliegenarten.


Originalpublikationen:
Bates, A.S., Phelps, J.S., Kim, M. et al. Distributed control circuits across a brain-and-cord connectome. Nature 656, 957–970 (2026).

Berg S. et al.: Sexual dimorphism in the complete Drosophila male central nervous system connectome. Cell (2026).