Eine vollständige Karte des Nervensystems einer Fruchtfliege stellt unser bisheriges Wissen infrage

Wissenschaftler haben jede einzelne neuronale Verbindung im Zentralnervensystem einer Fruchtfliege kartiert, und ihre Ergebnisse stellen eine seit langem geltende Annahme darüber in Frage, wie das Gehirn den Körper steuert.

Wissenschaftler haben den ersten vollständigen Schaltplan der Verbindungen zwischen Gehirn und Körper eines Tieres erstellt und damit aufgezeigt, wie Signale durch das Nervensystem einer Fruchtfliege wandern, um Bewegung und Verhalten zu steuern.

Eine der großen offenen Fragen in den Neurowissenschaften ist, wie die Neuronen im Gehirn und im Körper tatsächlich miteinander vernetzt sind, um Verhalten zu erzeugen – zum Beispiel, wie ein Tier entscheidet, ob es laufen, fliegen, fressen oder auf etwas reagieren soll, das es sieht.

Forschern zufolge eignen sich Fruchtfliegen gut für die Untersuchung dieses Themas, da ihr Nervensystem zwar nur etwa 160.000 Neuronen umfasst, sie aber dennoch überraschend komplexe Dinge tun können, wie sich orientieren, lernen, soziale Kontakte knüpfen und auf Sinnesreize reagieren. Genau das, so sagen sie, mache sie so überschaubar, dass man ihr Nervensystem auf eine Weise kartieren könne, die bei größeren Tieren unmöglich wäre.

Zwar veröffentlichte ein Konsortium unter der Leitung der Princeton University im Jahr 2024 eine vollständige Karte aller Verbindungen im Gehirn einer Fruchtfliege, doch fehlte dabei die andere Hälfte – das Nervenstrang. Dieser entspricht bei der Fliege dem Rückenmark und steuert die Beine, Flügel, den Mund und andere Körperteile. Nun hat ein Team unter der Leitung der Harvard Medical School und der Princeton University dieses fehlende Puzzleteil ergänzt und damit den ersten vollständigen Schaltplan der Verbindungen zwischen Gehirn und Körper im Zentralnervensystem eines Tieres erstellt. Und sie waren überrascht von dem, was sie dabei entdeckten.

Überraschende Erkenntnis: Hauptsächlich durch lokale Schaltkreise gesteuert

Was die Wissenschaftler überraschte, war nicht die Karte selbst, sondern das, was sie über die Funktionsweise von Bewegung verriet. Man war bisher davon ausgegangen, dass das Gehirn als zentrale Steuerzentrale fungiert, die entscheidet, was das Tier tun wird, und Anweisungen an den Körper weiterleitet. Das Konnektom deutete jedoch auf etwas anderes hin.

Forscher haben herausgefunden, dass die Bewegungen der Fruchtfliege größtenteils durch das Zusammenspiel lokaler neuronaler Schaltkreise koordiniert werden und nicht durch ein zentrales Steuerungssystem im Gehirn gesteuert werden.

Die Forscher fanden heraus, dass die Bewegung bei Fruchtfliegen größtenteils von lokalen Schaltkreisen gesteuert wird. Die Neuronen, die ein Bein steuern, kommunizieren zunächst hauptsächlich untereinander und koordinieren sich dann mit den Schaltkreisen für die anderen Beine, um so etwas wie ein Gehen zu erzeugen.

Das gleiche Muster zeigte sich auch in Schaltkreisen, die mit den Flügeln, dem Maul und anderen Gliedmaßen verbunden sind, sagten sie. Diese lokalen Schaltkreise sind zudem mit dem Seh- und dem endokrinen System vernetzt und beziehen zusätzliche Informationen ein, die das Geschehen beeinflussen. Der entscheidende Punkt ist jedoch, dass das Gehirn nicht an der Spitze steht und Befehle erteilt, wie Forscher bisher angenommen hatten.

Das kürzlich fertiggestellte Konnektom legt nahe, dass komplexe Verhaltensweisen aus Netzwerken miteinander verbundener lokaler Schaltkreise entstehen können, und liefert damit neue Erkenntnisse darüber, wie Nervensysteme bei anderen Tierarten organisiert sein könnten.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Steuerung von Handlungen stark auf lokale Module verteilt ist, die auf unterschiedliche Weise miteinander vernetzt sind und zusammenwirken“, erklärte der Co-Erstautor der Studie, Alexander Bates, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Harvard-Universität.

Das Konnektom ist nun online frei zugänglich, und das Team vergleicht es mit dem Humangenomprojekt hinsichtlich der Frage, wie viele verschiedene Forschungsfragen es letztendlich zur Klärung beitragen könnte.

Die Erkenntnisse über die Fruchtfliegen hinaus

Wie sehen nun die nächsten Schritte aus? Den Wissenschaftlern zufolge gehören dazu die Einbeziehung von Daten zu Neuropeptiden – den kleinen Molekülen, mit denen Neuronen kommunizieren – sowie die Untersuchung, ob sich dasselbe dezentrale Steuerungsmuster auch bei Mäusen zeigt.

„Ich wäre sehr überrascht, wenn dies nur bei der Fliege der Fall wäre“, sagte die Co-Erstautorin Helen Yang. „Bei anderen Tieren verfügen wir zwar nicht über eine derart hohe Auflösung, aber wir wissen, dass sie viele dieser lokalen Schaltkreise besitzen.“

Auch für die KI könnte dies Auswirkungen haben, deuteten die Forscher an. Das Konnektom liefert echte biologische Daten darüber, wie ein winziges Nervensystem Verhaltensweisen hervorbringt, die selbst fortschrittliche Roboter und KI-Agenten noch nicht nachahmen können. Mehrere Forscher äußerten die Ansicht, dass dies letztendlich Einfluss darauf haben könnte, wie künstliche Systeme konzipiert werden.

„Was mich immer wieder verblüfft, ist, dass diese winzige kleine Fliege unglaublich viel leistet; selbst unsere besten KI-Agenten und Roboter können nicht alles, was eine Fliege kann“, fügte Yang hinzu.

„Aus der Organisation des Nervensystems lassen sich möglicherweise Erkenntnisse für die KI gewinnen.“

Quellenhinweis:

Scientists mapped every neural connection in a fruit fly and found a surprise, published by Harvard Medical School, June 2026.