Fischgehirne könnten Einblicke in die molekularen Grundlagen der Entscheidungsfindung liefern

Wie treffen Tiere Entscheidungen, wenn sie mit konkurrierenden Anforderungen konfrontiert werden, und wie haben sich Entscheidungsprozesse im Laufe der Zeit entwickelt? In einer aktuellen Veröffentlichung in BiologiebriefeTina Barbasch, Postdoktorandin am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, und Alison Bell (GNDP), Professorin in der Abteilung für Ökologie, Evolution und Verhalten, untersuchten diese Fragen anhand von dreistachligen Stichlingen (Gasterosteus aculeatus). ).

Ganz gleich, ob Sie in der Schule sind, arbeiten, Kinder großziehen, ein soziales Leben führen oder einfach nur versuchen, sich für einen Moment zu entspannen, die gleichzeitige Bewältigung mehrerer Aufgaben kann schnell überwältigend sein. Sie fragen sich vielleicht, wie viel einfacher das Leben wäre, wenn Sie ein Fisch wären, der entlang eines Flusses schwimmt, oder ein Falke, der durch den Himmel fliegt. Allerdings sind Tiere auch mit der Belastung durch Multitasking konfrontiert, sei es die Suche nach der nächsten Mahlzeit, ohne dabei die nächste Mahlzeit einer anderen Person zu werden, oder die Suche nach einem Partner, während sie gleichzeitig ihr Revier verteidigen.

„Während meiner Doktorarbeit habe ich die elterliche Fürsorge bei Clownfischen untersucht und wie sie entscheiden, wie viel Fürsorge sie ihrem Nachwuchs geben“, sagt Barbasch. „Dies erfordert die Integration vieler Quellen sozialer und ökologischer Informationen. In letzter Zeit interessiere ich mich für das Verständnis der Mechanismen, die zugrunde liegen, wie Tiere Entscheidungen treffen und verschiedene Informationsquellen integrieren.“

Trotz der Bedeutung der Entscheidungsfindung für die Fitness eines Tieres sind die Mechanismen, die die Entscheidungsfindung beeinflussen, kaum verstanden.

Stichlinge sind aufgrund ihrer komplexen Lebensgeschichte und ihres Fortpflanzungsverhaltens ein aussagekräftiges Modell zur Untersuchung dieser Fragen. Während der Brutzeit errichten männliche Stichlinge Gebiete, in denen sie Nester bauen und so Weibchen anlocken. Männchen müssen gleichzeitig ihr Revier vor anderen Männchen verteidigen, Weibchen umwerben, die ihr Revier mit performativen Schwimmbewegungen, sogenannten „Zick-Zack-Bewegungen“, betreten, und schließlich für die Nachkommenschaft sorgen, wenn sie ein Weibchen erfolgreich umwerben können.

„Diese Studie wurde von einem Experiment inspiriert, bei dem wir die Gehirngenexpression bei männlichen Dreistachligen Stichlingen während der elterlichen Fürsorge oder bei der Verteidigung ihres Territoriums untersuchten“, erklärte Bell. „Wir fanden heraus, dass in beiden Experimenten die gleichen Gene beteiligt waren, jedoch in entgegengesetzter Richtung – Gene, die in einem Zustand aktiviert waren, waren in dem anderen ausgeschaltet. Diese Idee, dass das Gehirn möglicherweise dieselbe molekulare Maschinerie nutzt, aber auf entgegengesetzte Weise, könnte dies tun.“ haben große Auswirkungen auf die Entwicklung der Entscheidungsfindung.“

Um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen der Entscheidungsfindung zu erforschen, setzte Barbasch einen männlichen Stichling einem von drei Reizen aus: einem weiblichen Stichling (Balzbehandlung), einem anderen männlichen Stichling (Behandlung als territorialer Eindringling) oder sowohl einem männlichen als auch einem weiblichen Stichling (Kompromissbehandlung). ). Zur Kontrolle wurden einige männliche Stichlinge in Ruhe gelassen. Aggressives Verhalten (Beißen) und Balzverhalten (Zickzack) wurden quantifiziert, und dann wurden die Gehirne des männlichen Stichlings präpariert, um die Genexpression mittels RNA-Sequenzierung zu untersuchen.

Barbasch stellte fest, dass Männer bei einem Kompromiss im Allgemeinen der Revierverteidigung Vorrang vor der Balz einräumten. Es gab auch erhebliche Unterschiede zwischen den Männern in der Art und Weise, wie sie reagierten, was darauf hindeutet, dass Männer möglicherweise unterschiedliche Strategien anwenden, wenn sie mit einem Kompromiss konfrontiert werden. Darüber hinaus identifizierten die Genexpressionsergebnisse Gruppen von Genen, die bei jeder experimentellen Behandlung im Vergleich zu einer Kontrolle unterschiedlich exprimiert wurden.

Von besonderem Interesse sind die Gene, die nur in der Kompromissbehandlung vorhanden sind, da sie darauf hindeuten, dass Männer eine einzigartige molekulare Reaktion haben, wenn sie mit widersprüchlichen Anforderungen konfrontiert werden.

„Wir führten eine genontologische Analyse dieser ‚Kompromissgene‘ durch, um herauszufinden, welche Identität und Funktion diese Gene haben könnten“, beschreibt Barbasch. „Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass die „Kompromiss“-Gene möglicherweise mit dem Dopamin-Reaktionsweg zusammenhängen, der Belohnung und Motivation im Gehirn moduliert, oder mit der Neurogenese, die für die Kognition wichtig ist.“

Letztendlich unterstreichen diese Ergebnisse, wie wichtig es ist, die molekularen Grundlagen des Verhaltens von Tieren zu erforschen, wie Bell darlegt. „Tiere führen in vielen Taxa ein wirklich kompliziertes Leben. Dies deutet darauf hin, dass die Mechanismen, die komplexe Entscheidungen steuern, wahrscheinlich sehr alt sind und Tiere schon seit langem komplexe Entscheidungen treffen.“

Barbaschs Studie legt auch den Grundstein für viele spannende Folgestudien. Sie hat bereits damit begonnen, die verhaltensbezogenen und molekularen Reaktionen des Stichlings auf andere Kompromisse zu untersuchen, darunter solche, die das Risiko von Raubtieren, die Nahrungssuche und die elterliche Fürsorge betreffen. Sie plant außerdem, ihr molekulares Toolkit zu erweitern, indem sie die Genexpression mithilfe der Einzelzell-RNA-Sequenzierung und der gewichteten Gen-Koexpressionsnetzwerkanalyse detaillierter quantifiziert. Dies hilft, die Genfunktion zu erfassen, indem Netzwerke von Genen mit verwandten Expressionsmustern identifiziert werden.

Wenn Sie also das nächste Mal bemerken, dass ein Tier etwas tut, denken Sie etwas tiefer über sein tägliches Leben nach und darüber, wie es einen Weg findet, alle seine Aufgaben zu bewältigen.