Otto-Hahn-Medaille für zwei junge Drosophila-Experten

Aljoscha Leonhardt und Georg Ammer werden für ihre herausragende Forschung ausgezeichnet

Gleich zwei Nachwuchswissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried bekommen dieses Jahr die mit 7500 Euro dotierte Otto-Hahn-Medaille. Die beiden jungen Neurobiologen haben entscheidend dazu beigetragen, die Verarbeitung von Bewegungsinformationen im Sehsystem der Fruchtfliege Drosophila besser zu verstehen.

Wieso das Sehsystem ausgerechnet an Fliegen erforschen?

„Fliegen sind Meister darin, Bildinformationen schnell und effizient in passende Flugmanöver umzuwandeln“, erklärt Aljoscha. Wenn wir nach einer Fliege schlagen, erkennt diese, dass etwas auf sie zukommt. Ihr Gehirn berechnet dann wirkungsvoll, aus welcher Richtung die Bedrohung kommt und was der beste Fluchtweg ist. Daher entwischt sie uns so oft.

Sehen ist somit ein Prozess, der nicht nur im Auge, sondern vor allem im Gehirn stattfindet. „Um zu untersuchen, was dabei vor sich geht, wäre unser Gehirn viel zu komplex“, erklärt Georg. „Doch bei der Fliege geht so etwas!“ Denn das Fliegenhirn hat „nur“ rund 100.000 Neuronen, was deutlich weniger ist als die geschätzten 100 Milliarden Nervenzellen des Menschen. Daher untersuchen Aljoscha und Georg die Vorgänge beim Sehen im Gehirn von Fruchtfliegen.

Ihre Forschung führen die beiden schon seit einigen Jahren in der Abteilung von Alexander Borst durch. In dieser Zeit haben Georg und Aljoscha auch an diversen Projekten zusammengearbeitet und gemeinsame Erfolge, wie Veröffentlichungen von Forschungsergebnissen, feiern können. Am 26. Juni 2019 kommt nun auch die Otto-Hahn-Medaille dazu, mit der sie für ihre jeweiligen Forschungsarbeiten ausgezeichnet werden.

Von dem Preis hat Georg durch einen Brief der Max-Planck-Gesellschaft in seinem Postfach erfahren. „Als ich nebenan, in Aljoscha’s Postfach einen ähnlichen Brief entdeckte, habe ich mich natürlich doppelt gefreut“, erzählt er.

Aljoscha erfuhr die guten Nachrichten daher kurz darauf über seinen Kollegen: „Ich saß in unserer Laborküche, um eine kurze Kaffeepause zu machen, als Georg mich bat, doch mal meinen Briefkasten zu checken. An die Otto-Hahn-Medaille dachte ich da natürlich kein bisschen und lief einfach mal hinterher. In der Post erwartete mich ein dicker Brief - der identisch zu dem aussah, den Georg schon geöffnet hatte.”

„Die Medaillen sind ein schöner Beweis, dass sich Teamarbeit auszahlt!“ findet Aljoscha und freut sich besonders darüber, dass Georg auch eine Auszeichnung erhält.

Licht und Schatten – Bildverarbeitung im Fliegengehirn

Als Teil seiner Doktorarbeit analysierten Aljoscha und seine Kollegen*innen, darunter auch Georg, inwiefern sich das visuelle System der Fliege an die natürlichen Gegebenheiten der Welt angepasst hat. Er wollte ergründen wie die Schaltkreise im Nervensystem der Fliege die visuelle Welt so robust und effizient wahrnehmen können.

Mit einem Smartphone ausgerüstet kroch Aljoscha dafür zum Beispiel tagelang durch die Wälder um das Institut. Die dabei geknipsten Panorama-Bilder der natürlichen Umgebung von Fliegen nutzten die Wissenschaftler*innen, um das Sehsystem der Drosophila im Experiment auf die Probe zu stellen. So fanden sie Hinweise, dass sich der visuelle Bewegungssinn der Fruchtfliege im Laufe von Jahrmillionen optimal an die Eigenschaften der Umwelt angepasst hat: Das ungleiche Verhältnis zwischen hellen und dunklen Bereichen in der Natur spiegelt sich in einer ähnlich asymmetrischen Verarbeitung im Fliegenhirn wider.

Aljoscha fokussierte sich bei seinen weiteren Forschungsschritten darauf, das Verständnis des Bewegungs-Sehsystems der Fliege im Kontext natürlicher Bildverarbeitung zu erweitern. Er entwickelte unter anderem ein Computermodell, um nachzuvollziehen, wie unterschiedlich schnelle Umgebungsbilder im Gehirn der Fliege verarbeitet werden. Aufgrund seiner Leistungen in diesem Bereich wird ihm nun die Otto-Hahn Medaille verliehen.

Neben den gemeinsam durchgeführten Experimenten suchte sich Georg einen anderen Schwerpunkt. Mit seiner Arbeit trug er maßgeblich zur Aufklärung der neuronalen Schaltkreise im Fliegenhirn bei, wofür er nun die Otto-Hahn-Medaille erhält. Aufgrund seiner Forschung können wir nun besser nachvollziehen, wie das Gehirn gesehene Bewegungen verrechnet.

Verstehen, wie Fliegen die Richtung einer Bewegung erkennen

„Die Photorezeptoren im Auge erkennen nur Veränderungen von Hell und Dunkel“, erklärt Georg. „Bei Bedarf sollte das Gehirn daraus schnell und präzise eine Bewegung und seine Richtung heraus-rechnen können, sonst haben ein Räuber oder eine Fliegenklatsche leichtes Spiel.“

Im Rahmen seiner Doktorarbeit gelang es Georg gemeinsam mit Kollegen tatsächlich die Zellen zu identifizieren, die als erste auf Bewegung richtungsselektiv reagieren. Doch nicht nur das, in einer anderen Studie konnte Georg sogar feststellen, welche Zellen für welche Geschwindigkeiten eine Rolle spielen. Eine Gruppe von Zellen ist nach seinen Erkenntnissen für die Richtungsempfindlichkeit vor allem bei hohen Geschwindigkeiten verantwortlich. Andere Zellen dagegen spielen für den gesamten Geschwindigkeitsbereich eine Rolle.

Fliegenforschung auch in Zukunft

Darüber, wie interdisziplinär, vielfältig und spannend das Fliegenforschungsfeld ist, sind sich Aljoscha und Georg einig. So überrascht es nicht, dass beide auf dem Gebiet weiterarbeiten wollen: „Sehen erscheint uns absolut selbstverständlich“, erklärt Aljoscha. Umso faszinierender findet er, wie schwierig es ist, diesen Vorgang technisch nachzubauen. „Selbst die besten Algorithmen der künstlichen Intelligenz sind noch weit davon entfernt, mit unserem Gehirn gleichzuziehen. Eines seiner Ziele ist es, mit Erkenntnissen aus seiner Forschung, zur Verbesserung von Computer-Algorithmen beizutragen.

Georg tendiert in eine andere Richtung: „Ich beschäftige mich gerade mit der Rolle von elektrischen Synapsen im Nervensystem der Fliege. Die Funktion dieser speziellen Synapsen im Fliegengehirn ist noch weitgehend unerforscht. Das möchte ich ändern!“

Beide sind hochmotiviert auch weiterhin die Geheimnisse der Fliegenhirne zu erforschen. Die Otto-Hahn-Medaille bewirkt worauf sie abzielt: Junge Promovierte, wie Aljoscha und Georg können bestärkt ihre Forschungs- und Karriereziele verfolgen. Was sie dabei noch alles entdecken, bleibt spannend.