Processing of sky compass signals at different stages of the polarization-vision pathway in the brain of the desert locust (Schistocerca gregaria)

Obwohl Insekten ein relativ kleines Gehirn aufweisen, zeigen sie außergewöhnliche Leistungen in räumlicher Orientierung und Navigation. Während langer Wanderflüge oder der Rückkehr zu einem Nestplatz können sie die ideale Route bestimmen und verfolgen, die sie auf kürzestem und schnellstem Weg zu ih...

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Main Author: el Jundi, Basil
Contributors: Homberg, Uwe (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2011
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Obwohl Insekten ein relativ kleines Gehirn aufweisen, zeigen sie außergewöhnliche Leistungen in räumlicher Orientierung und Navigation. Während langer Wanderflüge oder der Rückkehr zu einem Nestplatz können sie die ideale Route bestimmen und verfolgen, die sie auf kürzestem und schnellstem Weg zu ihrem Ziel führt. Hierbei können vor allem Kompasssignale des Himmels eine erhebliche Rolle spielen. Neben der Sonne, dem hellsten Punkt am Himmel, liefern weitere Himmelssignale wie der Farbgradient oder das Polarisationsmuster des Himmels Möglichkeiten zur Orientierung. Beide Himmelserscheinungen entstehen als Resultat der Streuung von Sonnenlicht an atmosphärischen Partikeln und bilden präzise Referenzen am Himmel. Verhaltensversuche haben gezeigt, dass Wüstenheuschrecken der Gattung Schistocerca gregaria während ihren langen Wanderungen über Nordafrika und Ostasien linear polarisiertes Licht des Himmels zur Navigation nutzen können. Hierfür verfügen sie über eine spezialisierte Augenregion zur Detektion von polarisiertem Licht, die sich dorsal am Komplexauge morphologisch vom restlichen Auge hervorhebt und als dorsale Randregion bezeichnet wird. Angesichts ihres relativ großen Gehirnes und der damit einhergehenden guten physiologischen Zugänglichkeit hat sich die Wüstenheuschrecke Schistocerca gregaria als hervorragendes Modellobjekt erwiesen, um die neuronalen Prinzipien der Verarbeitung von polarisiertem Licht im Insektengehirn zu erforschen. Die Prozessierung von Polarisationssignalen findet in sukzessiv angeordneten Gehirnarealen der Heuschrecke statt, die die sogenannte Polarisationssehbahn bilden. Die Axone der Fotorezeptoren in der dorsalen Randregion ziehen aus dem Auge in zwei distinkte, ebenfalls dorsal lokalisierte Randregionen der optischen Neuropile Lamina und Medulla. Über Transmedulla-Neurone – auch als „Line Tangential“-Neurone bezeichnet – ist die dorsale Randregion der Medulla mit einem Bereich im Zentralhirn verbunden, der als anteriorer optischer Tuberkel bezeichnet wird. Die Polarisationsinformation wird dann zu den nächsten Stationen der Polarisationssehbahn, der medianen Olive und dem lateralen Dreieck geleitet. Hier transferieren Neurone die Polarisationssignale auf Eingangsneurone des Zentralkomplexes. Der Zentralkomplex ist das zentrale Prozessierungsareal für polarisiertes Licht und erfüllt möglicherweise eine Rolle als interner Kompass im Heuschreckengehirn, in dem die räumliche Orientierung des Tieres relativ zum solaren Meridian kodiert wird. Ausgangsneurone des Zentralkomplexes könnten die Polarisationssignale auf absteigende Neurone übertragen, deren Axone wiederum zu den Kontrollzentren in den Thorakalganglien projizieren. Um die Kombination der Polarisationsinformation mit weiteren visuellen Reizen zu untersuchen, und um einen tieferen Einblick in Vorgänge der Zeitkompensation und Modulation des Polarisationsnetzwerks zu gewinnen, wurden in dieser Arbeit elektrophysiologische und anatomische Untersuchungen polarisationssensitiver Neurone durchgeführt.
DOI:10.17192/z2012.0085