Experience-dependent plasticity in the chemosensory system of the Egyptian cotton leafworm Spodoptera littoralis

Mannliche Nachtfalter besitzen eine bereits angeborene hohe Empfindlichkeit fur die Sexualpheromone arteigener Weibchen. Verhaltensreaktionen auf das Weibchenpheromon konnen bei Mannchen der Spezies Spodoptera littoralis dennoch durch eine sehr kurze, einmalige Vorexponierung mit dem Pheromon weiter verstarkt werden (Anderson et al. 2003, 2007). Diese Empfindlichkeitssteigerung wurde in zwei Zeitfenstern nach der Vorexponierung beobachtet: es kam zu einem nach 15 Minuten gemessenen Kurzzeiteffekt und einem Langzeiteffekt, der bis zu 51 Stunden anhielt. Parallel dazu erhohte sich die Pheromon-Empfindlichkeit der Neurone in den primaren olfaktorischen Zentren, den Antennalloben (AL), 27 Stunden nach der Vorexponierung mit dem Pheromon. In der vorliegenden Arbeit wurden Geschmacksreize fur die Vorexponierung und den darauffolgenden Test verwendet: die Empfindlichkeit fur Zucker in den gustatorischen Rezeptorneuronen auf den Antennen von Spodoptera littoralis Mannchen wurde 24 Stunden nach einer kurzen Vorbehandlung mit Zucker bzw. Chinin mithilfe von extrazellularen elektrophysiologischen Ableittechniken gemessen, um die neurobiologischen Vorgange zu studieren, die der in einer vorhergehenden Studie beobachteten erfahrungsabhangigen Plastizitat im Verhalten zugrunde liegen. In einer zweiten Serie von Experimenten wurde die Empfindlichkeit fur das Weibchenpheromon nach kurzer Vorexponierung mit Geschmacksreizen getestet: die Empfindlichkeitsschwelle zentraler olfaktorischer Neurone im Antennallobus fur das Sexualpheromon zwischen Zucker-exponierten und naiven Tieren wurde mithilfe von intrazellularen Ableitmethoden verglichen. Ergebnisse einer parallel durchgefuhrten Verhaltensstudie hatten darauf hingewiesen, dass Geschmackserfahrung auch die Empfindlichkeit fur das Pheromon steigert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass neuronale Plastizitat innerhalb des Geschmackssystems nicht auf der peripheren sensorischen Ebene stattfindet, da keine Unterschiede in der Empfindlichkeit gustatorischer Rezeptorneurone fur Saccharose zwischen naiven und vorexponierten Mannchen gefunden wurde. Die neuronale Basis der intra-modalen Plastizitat befindet sich demnach vermutlich im zentralen Nervensystem, es ist bisher jedoch unbekannt, ob zentrale Geschmacksneurone ihre Antworteigenschaften uberhaupt erfahrungsabhangig andern, oder ob die im Verhalten beobachtete Effekte anders verursacht wurden. Auserdem scheint sich die neuronale Grundlage des auf Verhaltensebene beobachteten, Sinnesmodalitaten uberkreuzenden Effekts der gustatorischen Vorbehandlung nicht auf Ebene des Antennallobus zu befinden, da sich die Empfindlichkeit der AL-Neurone fur das weibliche Sexualpheromon in naiven und mit Zucker vorbehandelten Mannchen nicht unterschied. Die nicht-assoziativen Lernprozesse, die durch die Praexponierung verursacht werden laufen demnach vermutlich auf hoheren Verarbeitungsebenen im Protocerebrum, wie den Pilzkorpern und dem lateralen Protocerebrum, ab, wo multimodale Sinneseindrucke verschaltet und gemeinsam verarbeitet werden.