Gene und Verhalten

Gene und Verhalten

Unsere Forschung

Die Untersuchung von Genmutanten hat uns viel über die genetische Regulierung von Verhalten gelehrt, aber viele dieser Mutationen kommen in der Natur nicht vor und sind daher für die Evolution wahrscheinlich nicht relevant. Unsere Forschungsgruppe konzentriert sich stattdessen auf die Verknüpfung natürlicher genetischer Variationen mit Verhaltensvariationen, um die evolutionären Grundlagen des Verhaltens zu verstehen. Wir untersuchen Aspekte wie: Welche Gene werden ausgewählt, um erfolgreiches Verhalten zu fördern, wie interagieren Verhaltensphänotypen auf Individual- und Gruppenebene, und was bedeuten diese Beziehungen im Umweltkontext der Organismen?

Wir verwenden den 1 mm langen Fadenwurm C. elegans und andere verwandte Nematodenarten, um diese Fragen zu untersuchen. Nematoden sind die am häufigsten vorkommenden Tiere auf unserem Planeten und zeigen eine Vielzahl von kollektiven Verhaltensweisen wie Aggregation, Schwärmen, Turmbildung und Netzwerkbildung. Diese Verhaltensweisen sind nicht nur optisch auffällig, sondern scheinen auch zielgerichtet zu sein, so dass sie potenzielle Ergebnisse der Evolution darstellen. Wir wollen untersuchen, wie sich das Verhalten bei genetisch unterschiedlichen Nematodenstämmen sowohl auf individueller als auch auf Gruppenebene unterscheidet, um wichtige genetische Regulatoren des Verhaltens zu identifizieren. Wir untersuchen das Verhalten von Fadenwürmern sowohl im Labor als auch in halbnatürlichen Umgebungen, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen gut kontrollierten experimentellen Bedingungen und den entsprechenden natürlichen Kontexten, in denen sich das Verhalten möglicherweise entwickelt hat, zu erreichen.

Im Mittelpunkt unseres Ansatzes stehen Methoden der quantitativen Verhaltensforschung und der computergestützten Ethologie. Wir entwickeln Verhaltenstests mit hohem Durchsatz, um Variationen zwischen verschiedenen Wurmstämmen aufzudecken; hochmoderne Bildgebungssysteme, um nützliches Verhalten zu erfassen; automatisches Tracking von Würmern und Algorithmen zur hochdimensionalen Merkmalsextraktion, um Verhaltensunterschiede zu quantifizieren. Außerdem modellieren wir komplexe Systeme, um individuelles und kollektives Verhalten zu verknüpfen.

Wir pflegen ein hochgradig interdisziplinäres und kooperatives Teamumfeld, um unsere wissenschaftlichen Ziele zu erreichen und heißen neue Gruppenmitglieder und Mitarbeitende mit unterschiedlichem Forschungshintergrund und Karrierestatus willkommen. Bitte wenden Sie sich an , wenn Sie an einer Zusammenarbeit interessiert sind!

Ein Vorgeschmack auf einige unserer aktuellen und zukünftigen Projekte:

Natürliche Variation in der Gattung Caenorhabditis

Natürliche Variation in der Gattung Caenorhabditis

Um genetische Variationen auf Verhaltensvariationen zu übertragen, müssen wir nützliche Verhaltensweisen in einer großen Anzahl genetisch unterschiedlicher Stämme erfassen. Wir verfügen über eine Sammlung von Tausenden von vollständig sequenzierten und georeferenzierten Nematodenstämmen, die aus natürlichen Umgebungen auf der ganzen Welt stammen. Dies bietet eine hervorragende Gelegenheit, natürliche genetische Varianten zu entdecken, die das Verhalten verändern, und eignet sich zur weiteren mechanistischen Untersuchung in einem genetischen Modellorganismus, der sich sehr gut untersuchen lässt. Die wachsende Stammsammlung erstreckt sich über die gesamte Gattung Caenorhabditis und bietet somit auch den phylogenetischen Kontext, um den evolutionären Ursprung dieser Varianten aufzudecken.
Gruppenzusammensetzung und kollektives Verhalten

Gruppenzusammensetzung und kollektives Verhalten

Wir haben kürzlich entdeckt, dass drei Interaktionsregeln zwischen einzelnen Würmern zu einem unterschiedlichen Aggregationsverhalten zwischen zwei C. elegans-Stämmen führen. Die meisten wilden C. elegans-Stämme aggregieren, allerdings mit unterschiedlichen kollektiven Phänotypen. Wie unterscheiden sich also diese Interaktionen zwischen den Stämmen? Diese natürliche Verhaltensvariation liefert auch das Ausgangsmaterial für die Entwicklung heterogener Wurmgruppen, um zu testen, wie sich eine veränderte Gruppenzusammensetzung auf die Interaktionen und das kollektive Phänomen auswirkt.
Neuartiges kollektives Verhalten

Neuartiges kollektives Verhalten

Die Aggregation ist das bisher am besten untersuchte kollektive Verhalten von Fadenwürmern und ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir Gene, neuronale Schaltkreise, individuelles Verhalten und kollektives Verhalten innerhalb eines experimentellen Systems miteinander verbinden können. In jüngster Zeit wurden mehrere andere auffällige Verhaltensweisen bei Fadenwürmern beschrieben, wie z. B. wellenförmiges Schwärmen, Netzwerkbildung und kollektives Niktieren (Dauer-Turm). Diese neuartigen kollektiven Verhaltensweisen sind vielversprechend für eine weitere Charakterisierung mit Hilfe integrierter experimenteller und theoretischer Ansätze.

In den Medien

New York Times

New York Times

25. Oktober 2021

Behold, the Worm Blob and Its Computerized Twin mehr

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