Projekt Judith Rautenkranz

FoxP2-Knockdown in AreaX bei adulten Zebrafinken-Männchen mit besonderem Fokus auf den sozialen Kontext (gerichtetes contra ungerichtetes Singen).  (Projekt A)


Judith Rautenkranz, Diplomandin

Seit FoxP2 bekannt wurde als Gen, das eine bedeutende Rolle beim Spracherwerb spielen könnte, konzentrieren sich mehrere Labore weltweit auf die Erforschung der evolutionären und ontogenetischen Funktion von FoxP2.

Nachahmungslerner ("vocal learner") wie Mensch oder Zebrafink erlernen neue, speziestypische Laute durch Nachahmung – sie produzieren nicht nur angeborene Lautmuster. Wie Menschen so erlernen auch Singvögel ihre Laute = Gesänge am  besten während sensibler Perioden. Ungefähr 90 Tage nach dem Schlupf kristallisiert sich der Zebrafinkengesang – ein spezifischer Gesang wird endgültig für das restliche Finkenleben fixiert, sie können keine weiteren Gesangsmotive mehr erlernen ("closed ended learners"). Hierin unterscheiden sich Zebrafinken beispielsweise von Kanarienvögeln oder Nachtigallen, die auch nach dem ersten Lebensjahr noch weitere Gesangsmotive erlernen können ("open ended learners"). Doch auch adulte Zebrafinken-Männchen sind in der Lage ihren Gesang leicht zu modifizieren und ihn damit an einen sozialen Kontext anzupassen: So versuchen sie Weibchen durch gerichteten Gesang zu beeindrucken – mindestens in den ersten Minuten eines Kontakts produzieren die Männchen oft mehrere Einleitungsnoten und singen ihre Motive schneller. Ihr Gesang wird meist von Paarungsgesten begleitet wie beispielsweise an einen Paarungstanz erinnernden Sprüngen und Federbewegungen. Dabei kommt es vor, dass Männchen auch andere Männchen gerichtet ansingen. Wenn Zebrafinken-Männchen hingegen keinen Kontakt zu Weibchen haben, singen sie meist ungerichtet – in Aufnahmen zeigt sich dies durch eine geringere Anzahl an Einleitungsnoten und langsamer gesungenere Motive.

Dieses vom sozialen Kontext abhängige Singverhalten  könnte vom anterioren Vorderhirn – Signalweg ("anterior forebrain pathway" = AFP) reguliert werden. Dieser beinhaltet u. a. eine Kernregion mit dem Namen "AreaX", einer von sieben Kernen, der im Vogelhirn mit dem Erwerb und der Produktion von Gesang in Verbindung steht. Nur während des ungerichteten Singens scheint FoxP2 in AreaX herunterreguliert zu sein. Ein Knockdown von FoxP2 in AreaX in adulten Zebrafinken-Männchen könnte diese möglicherweise davon abhalten, die für den gerichteten Gesang typischen Gesangsmerkmale zu produzieren, wenn sie einem Weibchen begegnen.

Für meine Knockdown–Experimente benutze ich ein lentivirales Konstrukt, das mittels RNA–Interferenz (RNAi) den Abbau der FoxP2 – mRNA initiiert. Die Viruskonstrukte werden mit Hilfe bekannter Koordinaten in AreaX appliziert. Der Kopf des Vogels ist während der Operation stereotaktisch eingespannt.

Nebenprojekt B: Aufbau eines neuen Aufnahme-Boxen-Systems

Für meine Experimente nehme ich häufig viele Zebrafinken-Männchen gleichzeitig auf. Um die vorhandene Anzahl an Aufnahmeboxen (12) zu erweitern, habe ich 12 neue Boxen gebaut und werde sie zusammen mit Audioexperten mit zusätzlichen technischen Features ausstatten (Kameras, Lautsprecher, etc.).Wesentliche Merkmale der neuen Boxen sind neben den technischen Neuerungen die deutlich vielfältigeren Ausstattungsmöglichkeiten der Boxen mit unterschiedlichsten aktivitätsfördernden, natürlichen Materialien (Sisalschaukeln, Astschaukelsystem, Nestbaumöglichkeiten etc.) = "environmental enrichment".

Auch die bereits existierenden 12 Boxen wurden in dieser Hinsicht verbessert und aktivitätsstimulierend umgerüstet (schaukelnden, rechteckiges Astsystem; neue dimmbare, flackerfreie Lampen mit Tageslichtspektrum, etc.). Diese artgerechtere Käfigumgebung erlaubt gleichzeitig auch eine einfache Reinigung der Käfige.

Um Aufnahmen gerichteten Singens zu erhalten, habe ich 6 nahezu transparente Plastikboxen umgebaut, so dass in jeder Box ein Weibchen platziert werden kann. Diese Boxen können an die Käfige der Männchen angehängt werden. Eine Plexiglasscheibe ermöglicht einen störungsfreien Sichtkontakt. Gleichzeitig können auf diese Weise mehrere Weibchen hintereinander präsentiert werden, ohne häufiger in den Käfig eingreifen und somit eine zusätzliche Stresssituation schaffen zu müssen.

Nebenprojekt C: Etablierung von Isofluran–Anästhesie

Während der Hirnoperationen soll in Zukunft Isofluran-Inhalation als Narkosemethode eingesetzt werden. In Zusammenarbeit mit der Vogelklinik der Freien Universität Berlin und Marla Lichtenberger von der Emergency Clinic for Animals (Wisconsin / USA) entwickle ich eine Operationsprozedur, die begleitend zur non – invasiven Isofluran – Inhalation Wert legt auf eine multimodulare Analgesie. Eine adäquate Schmerzbekämpfung ist absolut notwendig, da zum einen Isofluran selbst keine analgetische Wirkung besitzt und zum anderen der invasive Eingriff am Kopf im Verdacht steht, auch bei Vögeln größere Schmerzen hervorzurufen. Mittels dieser Kombination aus Anästhesie und Analgesie werden wir in Zukunft hoffentlich in der Lage sein, die Narkotisierung unserer Finken individuell zu regulieren und möglichst schonend durchzuführen. Gleichzeitig profitieren neben den Tieren auch die Experimente und damit die Daten von derartigen Neuerungen.