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Die Speiseröhre der Fruchtfliege Drosophila verfügt über einen direkten Draht ins Gehirn, der bei Nahrungsaufnahme Serotonin ausschüttet. Ein ähnlicher Mechanismus wird auch bei Menschen vermutet.
Bevor die Überschrift falsch verstanden wird: Es geht beim Forschungsprojekt der Universitäten Bonn und Cambridge nicht darum, Tau- oder Fruchtfliegen zu verschlucken. Vielmehr haben sich die Wissenschaftler die Mühe gemacht, in den Speiseröhren dieser Fliegen spezielle Sensoren ausfindig zu machen, die im Gehirn zur Ausschüttung von Serotonin führt, wenn es sich um Nahrung handelt. Wer die kleinen Fruchtfliegen vor Augen hat, kann erahnen, was das für eine Detailarbeit gewesen sein muss. Veröffentlicht wurden die aktuellen Ergebnisse in der Zeitschrift Current Biology.
Einen ähnlichen Schaltkreis vermuten die Forscher nun auch bei Menschen. Denn der Geruch von Essen oder der Geschmack auf der Zunge würde zwar dazu motivieren, eine Mahlzeit zu beginnen. Zum Weiteressen würde jedoch erst das Herunterschlucken animieren. Welche neuronalen Schaltkreise dafür verantwortlich seien, darauf würde die aktuelle Studie hinweisen, ist Prof. Dr. Michael Pankratz vom Life and Medical Science, kurz LIMES-Institut der Universität Bonn, überzeugt.
Wie kommunizieren Verdauungssystem und Gehirn?
Für ihre Arbeit konzentrierten sich die Wissenschaftler auch deshalb auf Drosophila, weil die nur über etwa 10.000 bis 15.000 Nervenzellen verfügt – im Vergleich zu den 100 Milliarden im menschlichen Gehirn sei das eine überschaubare Anzahl. Trotzdem bilden auch die Nervenzellen der Fruchtfliege bereits ein komplexes Netzwerk. Jedes Neuron verfügt über sich verästelnde Ausläufer, über die es mit Dutzenden oder gar Hunderten anderen Nervenzellen in Kontakt tritt.
„Wir wollten im Detail verstehen, wie das Verdauungssystem bei der Nahrungsaufnahme mit dem Gehirn kommuniziert“, sagt Pankratz. „Dazu müssen wir wissen, über welche Neuronen dieser Informationsfluss läuft und wie sie verschaltet sind.“ Die Forscher haben daher den Verlauf sämtlicher Nervenfasern in den Larven analysiert, ebenso wie alle Verbindungen, die die Neuronen untereinander eingehen. Dazu zerschnitten sie eine Larve in Tausende hauchdünne Scheibchen, die sie dann unter dem Elektronenmikroskop fotografierten.
Sysisphos-Arbeit
„Diese Aufnahmen haben wir an Hochleistungs-Computern zu dreidimensionalen Bildern zusammengesetzt“, erläutert Pankratz. Was danach folgte, war eine wahre Sisyphos-Arbeit: Die Projektmitarbeiter Dr. Andreas Schoofs und Dr. Anton Miroschnikow untersuchten die „Verdrahtung“ sämtlicher Nervenzellen untereinander – Neuron für Neuron und Synapse für Synapse.
Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler eine Art Dehnungssensor in der Speiseröhre identifizieren. Dieser ist mit einer Gruppe von sechs Neuronen im Larvengehirn verkabelt, die dazu in der Lage sind, Serotonin herzustellen. Der Neuromodulator wird manchmal auch als Glückshormon bezeichnet. Er sorgt beispielsweise dafür, dass wir bestimmte Handlungen als belohnend empfinden, und bringt uns so dazu, sie fortzusetzen.
Die Serotonin-Neuronen empfangen zusätzlich Informationen darüber, was die Tiere gerade verschluckt haben. „Sie erkennen also, ob es sich um Nahrung handelt oder nicht, und bewerten ihre Qualität“, erläutert der Erstautor der Studie Dr. Andreas Schoofs. „Nur wenn das Urteil positiv ausfällt, schütten sie Serotonin aus und sorgen so dafür, dass die Larven mit der Nahrungsaufnahme fortfahren.“
Dieser Mechanismus ist von so grundlegender Bedeutung, dass es ihn wahrscheinlich auch beim Menschen gibt. Ist er gestört, kann das möglicherweise Essstörungen wie Magersucht oder Heißhunger-Attacken zur Folge haben. Eventuell können aus den Ergebnissen der Grundlagen-Studie daher auch Konsequenzen für die Behandlung dieser Erkrankungen erwachsen. „Noch wissen wir aber nicht genug darüber, wie dieser Schaltkreis im Menschen genau aussieht“, dämpft Pankratz hochgesteckte Erwartungen. „An diesem Punkt ist sicher noch jahrelange Forschungsarbeit nötig.“
