Eine neue Studie zeigt, dass die Gehirne ägyptischer Fruchtfledermäuse hochgradig auf Echoortung und Flug spezialisiert sind, mit motorischen Bereichen der Großhirnrinde, die der Sonarproduktion und Flügelsteuerung gewidmet sind. Die Arbeit von Forschern der UC Davis und der UC Berkeley wurde am 25. Mai veröffentlicht Aktuelle Biologie.
Das Labor von Professor Leah Krubitzer am UC Davis Center for Neuroscience untersucht, wie die Evolution bei einer Vielzahl von Säugetieren, einschließlich Opossums, Spitzmäusen, Nagetieren und Primaten, Variationen in der Gehirnorganisation hervorbringt. Dieser vergleichende neurobiologische Ansatz zeigt, wie sowohl Evolution als auch Entwicklung die Gehirnorganisation beeinflussen.
Obwohl Fledermäuse ein Viertel aller lebenden Säugetierarten ausmachen, ist dies das erste Mal, dass der vollständige motorische Kortex einer Fledermaus kartiert wurde, sagte der Erstautor Andrew Halley, ein Postdoktorand in Krubitzers Labor.
Die Forscher verwendeten Elektroden, um verschiedene Bereiche des motorischen Kortex in anästhesierten Fledermäusen zu stimulieren, um die durch die Stimulation erzeugten Muskel- und Gliedmaßenbewegungen zu bestimmen. Während klassische Theorien zur Organisation des motorischen Kortex davon ausgehen, dass einzelne Muskeln im motorischen Kortex vertreten sind, fand die neue Studie Hinweise auf komplexe Bewegungen in verschiedenen Körperregionen.
„Was wir stattdessen herausgefunden haben, ist, dass Hirnareale eher gemeinsame Synergien von Muskeln als einzelne Muskeln darstellen“, sagte Krubitzer.
Die ägyptische Fruchtfledermaus ( Rousettus aegyptiacus ) ist unter Fledermäusen ungewöhnlich, da sie mit ihrer Zunge und nicht mit ihrem Kehlkopf echolokalisiert (letzteres ist die Methode, die von den meisten echolokalisierenden Fledermäusen verwendet wird). Es ist bekannt, dass ägyptische Fruchtfledermäuse eine präzise motorische Kontrolle ihrer Zunge haben und in der Lage sind, Sonarstrahlen in verschiedene Richtungen zu richten, indem sie einfach ihre Zunge in ihrem Mund manipulieren, ohne ihren Kopf zu bewegen.
Entsprechend hat der motorische Kortex des Tieres eine ungewöhnlich große Region, die Bewegungen der Zunge darstellt, sagte Halley. Mehr als 40 Prozent des stimulierten sensorischen und motorischen Kortex erzeugten Zungenbewegungen – weit mehr als bei anderen untersuchten Arten wie Primaten und Nagetieren.
Diese Studie ist Teil eines größeren Vergleichsprojekts in Krubitzers Labor, das gezeigt hat, dass motorische Regionen des Gehirns nach Unterschieden in ihren Körpern und Verhaltensweisen organisiert sind. „Wenn Sie sich einen Rhesusaffen ansehen, ist ein großer Teil des Kortex dem Greifen gewidmet“, sagte Krubitzer. Auch beim Menschen sind die Hände stark vertreten.
Koordinieren von Vorder- und Hinterbeinen für den Flug
Der Flügel einer Fledermaus besteht aus Membranen, die sich über die „Finger“ ihrer Vorderbeine und zurück zu ihren Hinterbeinen und ihrem Schwanz ausbreiten. Die Bewegung eines dieser Körperteile kann die Form des Flügels beeinflussen und die Flugbahn verändern. Die Forscher fanden heraus, dass nur wenige Bereiche des motorischen Kortex nur die Bewegung der Vorderbeine repräsentierten. Stattdessen repräsentierte die überwiegende Mehrheit des Cortex synergistische Schulter- und Hinterbeinbewegungen. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass beim Fliegen dieser Fledermäuse die Kraft für die Flügelbewegung von den Schultermuskeln kommt, während die zum Fliegen erforderlichen Feineinstellungen von koordinierten Bewegungen der Schulter- und Hinterbeinmuskeln stammen.
Während die Bewegungen der Vorderbeine normalerweise mit denen der Hinterbeine gekoppelt waren, erzeugten andere Bereiche des Kortex Bewegungen der Muskeln der Hinterbeine allein. Diese sind wahrscheinlich am Bewegungsverhalten der Fledermäuse beteiligt, indem sie in Bäumen „herumlaufen“, indem sie Äste mit ihren Hinterbeinen greifen.
Die Betrachtung der Gehirnorganisation bei einer Vielzahl von Säugetieren hilft uns, unser eigenes Gehirn besser zu verstehen, sagte Krubitzer.
„Wenn wir artenübergreifend blicken können, wird dies zu einem wirklich leistungsfähigen Ansatz, um Extrapolationen auf den menschlichen Zustand vorzunehmen“, sagte sie.
Weitere Koautoren der Studie sind: Mary Baldwin, Mackenzie Englund und Carlos Pineda von der UC Davis; Dylan Cooke, Simon Fraser University, Kanada; Tobias Schmid und Michael Yartsev, UC Berkeley.
Andrew C. Halley et al, Koevolution von motorischem Kortex und Verhaltensspezialisierungen im Zusammenhang mit Flug und Echoortung bei Fledermäusen, Aktuelle Biologie (2022). DOI: 10.1016/j.cub.2022.04.094