Lernverhalten in Drosophila melanogaster An diesem Kurstag werden zwei Stämme der Fruchtfliege Drosophila melanogaster untersucht. Es handelt sich um den Wildtypen w 1118 und den lerndefizienten Stamm Rutabaga. Im Rahmen dieser Versuche wird das komplexe, assoziative Lernverhalten der Taufliegenlarven (Drosophila melanogaster) im Rahmen der klassischen Konditionierung analysiert. Das bedeutet, dass ein konditionierender Reiz (in diesem Fall Futter) mit einem nicht-konditionierenden Stimulus (hier ein Geruch) assoziiert wird. Je häufiger die Reize gemeinsam dargeboten werden, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die n die Assoziation tatsächlich lernen. Beim assoziativen ist es von zentraler Bedeutung, dass beide Reize in einem festen zeitlichen Ablauf präsentiert werden. Das ist notwendig um dem Gehirn zu signalisieren, dass z.b. Futter immer dann zu erwarten ist, wenn ein bestimmter Geruch präsentiert wird. Versuch 1 Fragestellungen a) Sind Drosophila n positiv oder negativ phototaktisch (natürliche Präferenz)? b) Kann die Assoziation von Zucker mit einem Geruch das aversive Verhalten zu hellen Flächen aufheben (erlernte Präferenz)? Versuchsaufbau Training Für diesen Versuch soll Fructose mit dem Duft Amylacetat (AM) assoziiert werden. Dazu wird ein Duftbehälter mit 10 µl Amylacetat (1:100 verdünnt in Parafinöl) gefüllt und auf die Fructose-Platte gesetzt. Nun beginnt der Trainingszyklus. Hierfür werden 5 n für 1 Minute auf die 2 M Fructose/AM-Platte
gesetzt, danach 1 Minute auf die neutrale Agarplatte. Dieser Zyklus wird 4 x hintereinander durchgeführt (siehe Abb. 1). Test Es beginnt die Testung der natürlichen Präferenz (Testphase 1). Dafür werden die Tiere nacheinander einzeln auf eine neutrale Agarplatte gesetzt, die mit einem Deckel versehen wird, dessen eine Hälfte abgedunkelt wurde. Streulicht sollte vermieden werden. Über einen Zeitraum von 3 min wird der Aufenthalt der alle 30 s (auf der hellen bzw. der dunklen Seite) ermittelt. Nun schließt sich die Testung der erlernten Präferenz (Testphase 2) an. Dafür wird nun der AM-Duft auf der hellen Seite platziert und der Versuch in exakt gleicher Weise wiederholt. Lassen sich die n von dem positiv assoziierten Duft aus dem Dunkel locken? Trainingsphase Testphase 1 natürliche Präferenz Testphase 2 AM erlernte Präferenz Abb. 1: Versuchsdurchführung des Versuches 1
a) natürliche Präferenz Zeit hell dunkel Präferenz 1 2 3 4 5 Mittelwert b) erlernte Präferenz Zeit hell dunkel Präferenz 1 2 3 4 5 Mittelwert
Berechnung der Präferenzen Präferenz Hell+/Dunkel- = (Aufenthalte auf heller Seite Aufenthalte auf dunkler Seite) Anzahl der Beobachtungen Präferenz Hell+/Dunkel- = (Aufenthalte auf heller Seite Aufenthalte auf dunkler Seite) Anzahl der Beobachtungen Versuch 2 Fragestellung: Können Drosophila n unterschiedliche Düfte mit verschiedenen Arten Futter assoziieren? Teilversuch 2.1 Training In diesem Versuch soll der Geruch Amylacetat (AM) mit dem Vorhandensein eines positiven Reizes assoziiert werden. Hierfür dient eine 2 M Fructose-Platte auf der ein Duftcontainer mit AM platziert wird. Im gleichen Trainingszyklus wird eine Aversion gegen den Geruch Octanol (Oct) hervorgerufen. Hierfür dient eine NaCl-Platte auf der ein Duftcontainer mit Oct (unverdünnt) platziert wird. Für das Training der Assoziation sind drei Platten erforderlich (siehe Abb. 2). Es werden 6 n zeitgleich trainiert. Ein Zyklus beginnt mit 1 Minute auf dem Fructose/AM-Agar, es folgt 1 Minute auf dem neutralen Agar, danach folgt 1 Minute auf dem 3 M NaCl/Oct-Agar und abschließend wieder 1 Minute auf der neutralen Agarplatte. Der Zyklus wird 4 x wiederholt.
Testphase Es werden jeweils 2 n zeitgleich getestet, die übrigen n warten solange auf einer neutralen Agarplatte. Für den Test werden also 2 n auf die Testplatte mit AM und Oct gegeben und 5 Minuten lang beobachtet. Der Aufenthaltsort (links auf AM oder rechts auf Oct) muss alle 30 Sekunden notiert werden. Trainingsphase 5 min alle 30s Testphase Abb. 2: Versuchsdurchführung für Versuch 2.1
Zeit AM+ Oct- Präferenz 1 2 3 4 5 6 Gesamtmittelwert Rechnung Pro wird nun die Präferenz errechnet und in die Tabelle eingetragen. Präferenz AM AM+/Oct- = (Aufenthalte auf AM Seite Aufenthalte auf Oct Seite) Anzahl der Beobachtungen Abschließend wird aus allen Präferenzen ein Gesamtmittelwert gebildet und in das Feld unter der Tabelle eingetragen. Der Wert kann zwischen +1 und -1 liegen, was einer Präferenz für AM (+1) bzw. Oct (-1) entspräche.
Teilversuch 2.2 Versuchsaufbau Training Es werden 6 neue n trainiert. Es folgt derselbe Versuch mit umgekehrten Düften (siehe Abb.3). Das bedeutet, dass der positive Reiz (Fructose) jetzt mit Oct gepaart wird, der aversive Reiz (NaCl) mit AM. Der Versuchsablauf ist identisch zu 2.1! Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine generelle Präferenz für einen der beiden Düfte das Ergebnis nicht verfälscht (Bsp: Hunde würden immer Fleischgeruch dem von Karotten vorziehen, der Geruch allein würde somit das stark beeinflussen). Trainingsphase Testphase 5 min alle 30s Abb. 3: Versuchsdurchführung für Versuch 2.2
Testphase Wie zuvor werden jeweils 2 n zeitgleich getestet, die übrigen n warten solange auf einer neutralen Agarplatte. Für den Test werden also 2 n auf die Testplatte mit Oct und AM gegeben und 5 Minuten lang beobachtet. Der Aufenthaltsort (auf AM oder auf Oct) muss alle 30 Sekunden notiert werden. Zeit AM- Oct+ Präferenz 1 2 3 4 5 6 Gesamtmittelwert Rechnung Pro wird nun die Präferenz errechnet und in die Tabelle eingetragen. Präferenz AM AM-/Oct+ = (Aufenthalte auf AM Seite Aufenthalte auf Oct Seite) Anzahl der Beobachtungen
Abschließend wird aus allen Präferenzen ein Gesamtmittelwert gebildet und in das Feld unter der Tabelle eingetragen. Der Wert kann zwischen +1 und -1 liegen, was einer Präferenz für AM (+1) bzw. Oct (-1) entspricht. Finale Auswertung Aus den beiden Gesamtmittelwerten errechnet sich der Lernindex (LI). LI = (Gesamtmittelwert AM AM+/Oct- - Gesamtmittelwert AM AM-/Oct+ ) 2 Die sich daraus ergebenden Werte bewegen sich zwischen +1 und -1. Werte von > 0.25 können als echtes Lernverhalten interpretiert werden. errechneter LI
Ergebnis-Protokoll für den Versuch 1. Wodurch könnte man die Chancen auf einen Lernerfolg optimieren? 2. Welche der beiden Drosophila-Stämme ist lerndefizient? 3. Was ist der Unterschied zwischen einem Wurm und einer? 4. Warum werden die n in PBS gegeben und nicht in Wasser?
Versuch 1 Bestimmung der Präferenz für die helle Seite 1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b Natürliche Präferenz Erlernte Präferenz Versuch 2 Bestimmung der Geruchspräferenzen für die beiden untersuchten Drosophila nstämme Achtung: Dies ist NICHT die Tabelle an der Tafel, sondern eure Einzelergebnisse in Absprache mit eurer Partner-uppe! Die Tabelle an der Tafel solltet ihr euch separat notieren. Präferenz AM AM+/Oct- Stamm A Präferenz AM AM-/Oct+ Stamm A Präferenz AM AM+/Oct- Stamm B Präferenz AM AM-/Oct+ Stamm B 1 2 3 4 5 6 Mittelwert
Bestimmung des Lernindexes - uppenergebnisse Lernindex Stamm A Lernindex Stamm B 1 2 3 4 5 Mittelwert Datum, Unterschrift des Dozenten