(PhysOrg.com) — In den letzten zwei Jahrzehnten wurde Michael Dickinson hunderte Male von Reportern zu seinen Forschungen über die Biomechanik des Insektenflugs interviewt. Eine Frage der Presse hat ihn dabei immer verfolgt: Warum sind Fliegen so schwer zu erschlagen?

„Jetzt kann ich endlich antworten“, sagt Dickinson, der Esther M. und Abe M. Zarem Professor für Bioengineering am California Institute of Technology (Caltech).

Mit Hilfe hochauflösender, digitaler Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster), die sich einer drohenden Fliegenklatsche gegenübersehen, haben Dickinson und die Doktorandin Gwyneth Card das Geheimnis des Ausweichmanövers der Fliege herausgefunden. Lange bevor die Fliege springt, berechnet ihr winziges Gehirn den Ort der drohenden Gefahr, entwirft einen Fluchtplan und bringt ihre Beine in eine optimale Position, um in die entgegengesetzte Richtung zu springen. All dies geschieht innerhalb von etwa 100 Millisekunden, nachdem die Fliege die Fliegenklatsche entdeckt hat.

„Das zeigt, wie schnell das Gehirn der Fliege sensorische Informationen zu einer angemessenen motorischen Reaktion verarbeiten kann“, sagt Dickinson.

Die Videos zeigten zum Beispiel, dass die Fliege, wenn die Fliegenklatsche – eine schwarze Scheibe mit einem Durchmesser von 14 Zentimetern, die in einem 50-Grad-Winkel auf eine Fliege fällt, die in der Mitte einer kleinen Plattform steht – von vorne kommt, ihre mittleren Beine nach vorne bewegt und sich zurücklehnt, dann ihre Beine anhebt und ausstreckt, um sich nach hinten abzustoßen. Kommt die Bedrohung jedoch von hinten, bewegt die Fliege (die ein Sichtfeld von fast 360 Grad hat und hinter sich sehen kann) ihre Mittelbeine ein kleines Stück nach hinten. Bei einer Bedrohung von der Seite lässt die Fliege ihre mittleren Beine unbeweglich, neigt aber ihren gesamten Körper in die entgegengesetzte Richtung, bevor sie springt.

„Wir haben auch festgestellt, dass die Fliege bei ihren Planungsbewegungen vor dem Abflug ihre Körperposition zu dem Zeitpunkt berücksichtigt, an dem sie die Bedrohung zum ersten Mal sieht“, sagt Dickinson. „Wenn sie eine sich nähernde Bedrohung bemerkt, kann der Körper der Fliege jede beliebige Haltung einnehmen, je nachdem, was sie gerade tut, wie z. B. sich putzen, füttern, spazieren gehen oder balzen. Unsere Experimente haben gezeigt, dass die Fliege irgendwie „weiß“, ob sie große oder kleine Haltungsänderungen vornehmen muss, um die korrekte Haltung vor dem Flug zu erreichen. Das bedeutet, dass die Fliege visuelle Informationen von ihren Augen, die ihr sagen, von wo aus sich die Bedrohung nähert, mit mechanosensorischen Informationen von ihren Beinen integrieren muss, die ihr sagen, wie sie sich bewegen muss, um die richtige Flugposition zu erreichen.“

Die Ergebnisse bieten neue Einblicke in das Nervensystem der Fliege und legen nahe, dass es im Fliegengehirn eine Karte gibt, in der die Position der drohenden Gefahr „in ein geeignetes Muster von Bein- und Körperbewegungen vor dem Abflug umgewandelt wird“, sagt Dickinson. „Dies ist eine ziemlich ausgeklügelte sensorische und motorische Umwandlung, und wir sind auf der Suche nach dem Ort im Gehirn, an dem dies geschieht“, sagt er.

Dickinsons Forschungen legen auch eine optimale Methode nahe, um eine Fliege tatsächlich zu schlagen. „Es ist am besten, nicht auf die Ausgangsposition der Fliege zu schlagen, sondern ein wenig davor zu zielen, um zu antizipieren, wohin die Fliege springen wird, wenn sie die Fliegenklatsche zum ersten Mal sieht“, sagt er.

Die Studie mit dem Titel „Visually Mediated Motor Planning in the Escape Response of Drosophila“ (Visuell vermittelte motorische Planung in der Fluchtreaktion von Drosophila) wird am 28. August in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.