Gesang kontrollierende Gehirnzellen

Abteilung Verhaltensneurobiologie

Im Fokus der Forschung steht die sexuelle Differenzierung des Gehirns, also jener Mechanismus, der zu der geschlechtsspezifischen Entwicklung von Verhalten führt. Dazu untersucht die Abteilung die endokrinen, molekularen und neurobiologischen Grundlagen von angeborenen und erlernten Vokalisationen von Vogelarten in einem möglichst naturnahen Kontext. Singvögel zeigen dabei eine große Bandbreite an geschlechtsspezifischem Gesangsverhalten.

Geschlechtsunterschiede im Gehirn werden als "die" Grundlage für geschlechts-spezifische Verhaltensweisen, sensorische und kognitive Leistungen angesehen. Im Zentrum unserer Forschung steht die sexuelle Differenzierung des Gehirns, also jene Mechanismen, die bei der geschlechtsspezifischen Entwicklung des Gehirns eine Rolle spielen. Weiterhin interessiert sich die Abteilung für die Bedeutung von intra- und inter-sexueller Variabiltät in der Ausbildung von Gehirnteilen hinsichtlich der Partnerwahl und des Fortpflanzungserfolgs. Wir untersuchen also neurale Grundlagen der sexuellen Selektion bei Singvögeln, eine der erfolgreichsten Wirbeltiergruppen, zu der etwa die Hälfte aller lebenden Vogelarten gehören. Partnerwahl und Fortpflanzungserfolg sind bei Singvögeln maßgeblich vom Gesang beeinflusst: Männchen werben mit ihrem Gesang um die Weibchen, Weibchen wiederum wählen ein Männchen nach der Güte seines Gesangs aus. Dabei spielt Lernen sowohl bei der Gesangsentwicklung, als auch bei der Bevorzugung von Gesängen eine wesentliche Rolle. Neben experimentellen Ansätzen für unsere Untersuchungen können wir aus zahllosen Naturbeobachtungen an dieser Tiergruppe, die bis ins 16. Jahrhundert zurückgehen, und aus der enormen Artenvielfalt schöpfen.

Im Zuge der Gesangsentwicklung wird zunächst ein auditorisches Gedächtnis aufgebaut – Lernen durch Zuhören. In einer zweiten Phase muss dann das auditorische Gedächtnis in ein motorisches übertragen werden. Über auditorische Rückkopplung passt der Vogel seine eigene Vokalisation an das während der Gedächtnisbildung im Gehirn abgelegte Sollmuster an, ähnlich wie bei der Sprachentwicklung des Menschen. Ein neuronales Netzwerk ist für die Kontrolle des Gesangsverhaltens der Singvögel verantwortlich. Dieses Vocal Control System besteht aus zwei Komponenten: eine periphere Komponente, die für die Produktion des Gesangs wichtig ist (der Syrinx, das Lautbildungsorgan der Vögel, und die Atmungsmuskulatur), und eine zentrale Komponente, die Gesangsareale, über die die Lernprozesse laufen. Die Entwicklung der peripheren Komponenten wirkt dabei rückkoppelnd auf die neuronalen Strukturen.

Die der Gesangsentwicklung und dem Gesangslernen zugrunde liegenden Mechanismen sind weitgehend unverstanden. Fest steht jedoch, dass es einen Singvogel-spezifischen genetischen Hintergrund dafür geben muss, und dass Geschlechtshormone (Androgene und Östrogene) eine wichtige Rolle spielen. Denn durch sie wird festgelegt, ob das Vocal Control System quasi "weiblich" oder "männlich" konfiguriert wird. Bei manchen Singvogelarten (z.B. Zebrafinken) wird der Gesang (die "Software") ausschließlich von Männchen vorgetragen. Für diesen auf Verhaltensebene stark ausgeprägten Sexualdimorphismus finden sich Entsprechungen auf neuronaler Ebene, also in der "Hardware". So gibt es zum Beispiel geschlechtsspezifische Unterschiede bezüglich der Verschaltung einzelner Gesangsareale. Struktur (neuronales Netzwerk) und Funktion (Gesang) können hier direkt miteinander in Beziehung gesetzt werden.

Die anatomische und funktionale Verschiedenheit des Gesangssystems von Singvögeln und die breite Datenbasis zum Singvogelverhalten machen das Gesangssystem außerordentlich attraktiv, um die genetischen Ursachen und den Umwelteinfluss auf die neuronalen Geschlechtsunterschiede zu untersuchen und die daraus resultierenden Folgen für das Sexualverhalten. Die Projekte in unserer Abteilung sind multidisziplinär und integrieren Arbeiten auf dem Gebiet von Verhalten, Endokrinologie, Neuroanatomie, Genexpression und Elektrophysiologie unter eingeschränkten, semi-natürlichen und natürlichen Bedingungen. Das Singvogel-Modell soll allgemeine Fragen zur sexuellen Differenzierung und zum Lernen bei Wirbeltieren auf molekularer, zellulärer und systemischer Ebene beantworten. Darüber hinaus erwarten wir, dass es uns im Rahmen unserer Untersuchungen gelingt, die physiologischen Kosten für das Gesangslernen und den Gesang abzubilden und schließlich Gesangslernen mit sexueller Selektion und Evolution zu verknüpfen.

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