Wie Nervenzellen wechselwarmer Tiere trotz Temperaturschwankungen funktionieren

(23.05.2014) Warmblütige Tiere wie Säuger und Vögel investieren einen großen Anteil ihrer Energie, um ihre Körpertemperatur konstant zu halten. Die Körpertemperatur von wechselwarmen Tieren wie Amphibien und Insekten hingegen folgt der Umgebungstemperatur.

Solche Änderungen in der Betriebstemperatur des Nervensystems wirken sich jedoch auf die elektrische Aktivität der Nervenzellen aus und können theoretisch negative Folgen für die Signalverarbeitung nach sich ziehen. Erstaunlicherweise „funktioniert“ das Nervensystem vieler wechselwarmer Tiere trotzdem über eine stark variierende Temperaturskala ohne Beeinträchtigung.

Humboldt-Universität „Demnach müssen sie Wege gefunden haben zu verhindern, dass Temperaturschwankungen die Verarbeitung der Signale im Nervensystem beeinflussen“, erklärt Nachwuchswissenschaftler Frederic Römschied, der im Forscherteam um Bernhard Ronacher und Susanne Schreiber vom Fachinstitut für Theoretische Biologie an der Humboldt-Universität zu Berlin diesem Phänomen nachgegangen ist.

Bisher wurde angenommen, dass diese Temperaturkompensationen durch netzwerkartige Verschaltungen der Nervenzellen verliefen.

Die Studie „Cell-intrinsic mechanisms of temperature compensation in a grasshopper sensory receptor neuron“ beweist, dass Temperaturkompensation auch in einzelnen Nervenzellen vorkommen kann, ganz ohne Einflüsse des Netzwerks.

Die Ergebnisse wurden nun im Wissenschaftsmagazin eLife veröffentlicht.

Untersucht hatten die HU-Wissenschaftler Nervenzellen im Hörsystem der Heuschrecke, die die Lautstärke von eintreffenden akustischen Signalen in Nervenimpulse umwandeln.

An der Anzahl der ausgelösten Impulse ließ sich beobachten, dass sich die neuronale Aktivität durch die akustische Stimulierung auch bei Temperaturschwankungen von bis zu 10°C nur wenig veränderte.

Die untersuchten Zellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie Informationen über die Lautstärke an andere Nervenzellen weiterleiten, jedoch selbst keine Signale von anderen Nervenzellen erhalten. Demnach muss die beobachtete Temperaturkompensation ohne Einflüsse von vernetzten Nervenzellen erfolgt sein.

Mit Hilfe von mathematischen Modellen konnte das Team aufzeigen, wie die Temperaturkompensation möglich ist: Durch eine geschickte Kombination von spezifischen Ionenkanälen mit entgegengesetzten Einflüssen auf die Nervenzelle wird die Temperaturabhängigkeit der Nervenzellantwort verringert.

So hängt die Anzahl ausgelöster Impulse weit weniger von Temperaturschwankungen ab als erwartet.

Außerdem unterscheiden sich die für die Temperaturkompensation wichtigsten Ionenkanäle von denen, die den Energieverbrauch pro Nervenimpuls regulieren. So müssen für die Temperaturkompensation keine zusätzlichen energetischen Kosten entstehen.

Originalveröffentlichung

Frederic A Roemschied, Monika J Eberhard, Jan-Hendrik Schleimer, Bernhard Ronacher, Susanne Schreiber (2014): Cell-intrinsic mechanisms of temperature compensation in a grasshopper sensory receptor neuron. eLife.



Artikel kommentieren

Weitere Meldungen

Salzwasserkrokodil; Bildquelle: Yusuke Fukuda

Wildtiermanagement: Studie zum kulturellen Status von Salzwasserkrokodilen auf Osttimor

Um Osttimor rankt sich ein Mythos: Die Insel in Südostasien soll einst aus dem „Großvater Krokodil“ entstanden sein
Weiterlesen

Manuela Nowotny erforscht Laubheuschrecken, deren Hörapparat nach dem gleichen mechanischen Prinzip wie der menschliche arbeitet, aber viel einfacher strukturiert ist; Bildquelle: Anne Günther/FSU

Manuela Nowotny ist neue Professorin für Tierphysiologie an der Universität Jena

Nowotny untersucht Laubheuschrecken, deren Hörapparat nach den gleichen Prinzipien arbeitet wie der menschliche, aber viel einfacher strukturiert ist
Weiterlesen

Modelle des Zahnschmelzes von Schuppenechsen: Links die Zähne eines Muschel- und Schneckenfressers, mit rauer Oberfläche. Rechts die schwächer gefurchte Schmelzoberfläche eines Allesfressers.; Bildquelle: Daniela E. Winkler, Michelle Aimée Oesch

Abnutzungsspuren an Zähnen von Schuppenechsen geben Hinweise auf deren Ernährungsweise

Mikroskopische Aufnahmen ermöglichen unter anderem Unterscheidung in Fleisch- und Pflanzenfresser. Wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entdeckung der ersten pflanzenfressenden Landwirbeltiere?
Weiterlesen

Blick in die Sammlung der Sektion Arachnologie am Senckenberg Forschungsinstitut in Frankfurt.; Bildquelle: Senckenberg

World Spider Catalog: Online-Datenbank erleichtert Spinnenforschern die Arbeit

Die Online-Datenbank „World Spider Catalog“ wurde in einem weltweit einmaligen Projekt mit Artenkatalogen verschiedener europäischer naturkundlicher Museen verknüpft
Weiterlesen

Ein ausgewachsenes Männchen der Gewächshausspinne (Parasteatoda tepidariorum). Die beiden dunklen birnenförmigen Anhänge am Kopf sind die Begattungsorgane.; Bildquelle: Leonard Georg

Begattungsorgan bei Spinnenmännchen entsteht durch metamorphoseähnlichen Prozess

Die Pubertät ist nicht nur beim Menschen mit großen Veränderungen verbunden. Männliche Spinnen müssen in dieser Zeit sogar ihr komplettes Begattungsorgan bilden
Weiterlesen

Krokodile nutzen neuronale Karten, um die Richtung einer Schallquelle zu orten.; Bildquelle: Ruth M. Elsey/Rockefeller Wildlife Refuge in Louisiana

Krokodile benutzen genau wie Vögel neuronale Karten, um die Richtung von Geräuschen zu orten.

Das haben Dr. Lutz Kettler von der Technischen Universität München (TUM) und Prof. Catherine Carr von der University of Maryland in einer neuen Studie herausgefunden
Weiterlesen

Jagdspinne Cupiennius salei ; Bildquelle: Institut für Ökologie und Evolution, Universität Bern

Spinnengift ist ein gefährlicher Cocktail

Spinnengift besteht nicht nur aus Nervengift, sondern aus einer Vielzahl an gefährlichen Bestandteilen
Weiterlesen

Museum für Naturkunde - Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung

Pilzkrankheiten verursachen globales Massenaussterben von Amphibien

Eine Studie identifizierte Pilzkrankheiten als die Ursache von dramatischen Bestandseinbrüchen bei mindestens 501 Amphibienarten über die letzten 50 Jahre
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen