„Mama, hier bin ich!“
Kaum hat sich das neugeborene Mäusejunge aus dem sicheren Nest entfernt und bemerkt, dass es nun allein ist, öffnet es immer wieder das Maul. Es atmet schnell und stoßartig aus. Die Salven von jeweils vier bis sechs Rufen, die es dabei absondert, haben eine Frequenz von 75 kHz und sind damit für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar. Die Mutter jedoch reagiert prompt: Sie sucht den verirrten Nachwuchs und bringt ihn zum Rest des Wurfes zurück. Selbst wenn die Ultraschall-Laute vom Band kommen, macht sie sich auf den Weg.
Kann ein Mäusebaby in Not diese Töne nicht erzeugen, ignoriert sie es. Obwohl die Mutter es nach der Geburt angenommen, geputzt und umsorgt hat – und es mitunter außerhalb des Nestes sieht – holt sie es nicht zurück. In Versuchen werden diese stummen Jungen selbst nach 35 Minuten weiterhin allein gelassen.
Ein Nervenzell-Kern im Hirnstamm, der Nucleus tractus solitarii (NTS), ist entscheidend dafür, dass eine neugeborene Maus ihr Unbehagen bei Trennung oder Berührung äußern und die mütterliche Aufmerksamkeit auf sich ziehen kann. Das berichten Forscherinnen und Forscher um Carmen Birchmeier vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) im Fachblatt PNAS. Wichtige Beiträge für die interdisziplinäre Studie kamen auch aus dem Pariser Labor von Jean Champagnat und Gilles Fortin am CNRS in Gif sur Yvette.
Die Luft muss mit hohem Druck durch die Stimmlippen gepresst werden
„Damit die Rufe entstehen können, müssen zwei Gruppen von Neuronen koordiniert werden: diejenigen, die die Anspannung der Bauchmuskeln beim Ausatmen steuern, und diejenigen, die für das Schließen der Stimmlippen im Kehlkopf zuständig sind“, sagt MDC-Forscher Luis Hernandez-Miranda, der Erst-Autor der Studie und Postdoktorand im Labor von Carmen Birchmeier. Nur so funktioniere die Biomechanik. „Dann wird die Luft mit genügend Druck durch die Stimmlippen gepresst – ähnlich wie beim Pfeifen durch die Lippen.“
Hernandez-Miranda und seine Kolleginnen und Kollegen zeigten nun in einer Serie von Experimenten, dass der NTS im Hirnstamm ausreichend entwickelt sein muss, um die Rufe zu erzeugen.
Mäuse, bei denen die Gene für die Transkriptionsfaktoren Olig3 oder Tlx3 verändert sind, bleiben entweder ganz stumm oder sie erzeugen nur sehr selten Töne. Die Forscherinnen und Forscher ermittelten deshalb, welche Neuronen von den Mutationen betroffen sind. Nur bei einem einzigen Nervenzelltyp gab es eine Überlappung: bei dA3. Daraus entsteht unter anderen der Nucleus tractus solitarii.
Das angeborene Nervennetzwerk ist unverzichtbar für die ersten Laute
Die Forscherinnen und Forscher zeigten, dass die Vorläufer der NTS-Nervenzellen am Tag 10,5 der embryonalen Entwicklung gebildet werden. Sie störten deshalb genau zu diesem Zeitpunkt ihre Reifung - und es ergab sich eine Korrelation zwischen dem Vorhandensein der NTS-Neuronen und der Fähigkeit, nach der Mutter zu rufen. Das Ergebnis überprüfte das Team in einer kleinen Kammer, die gleichzeitig durch ein Mikrofon die Rufe und die Luftdruck-Änderungen während der Rufe aufzeichnet.
Im nächsten Schritt bewiesen sie, dass die Nervenzellen in diesem Kern tatsächlich mit jenen Motor-Nervenzellen vernetzt sind, die Anspannung von Bauchmuskeln und Stimmlippen im Kehlkopf steuern. Der Kern erhält auch sensorische Information, etwa von den Stimmlippen, der Zunge oder der Lunge. Er ist deshalb in der Lage, das Zusammenspiel von Wahrnehmung und Bewegung während der Lautbildung zu koordinieren.
„Das ist der Mechanismus. Damit ist dieses angeborene Nervennetzwerk unverzichtbar für die ersten Laute“, sagt Hernandez-Miranda. Da der Hirnstamm der evolutionär älteste Teil des Gehirns ist, könnten menschliche Äußerungen wie Lachen, Seufzen und das Schreien von Babys auf ähnlichen Verschaltungen beruhen. Frühere Arbeiten hatten bereits darauf hingewiesen, dass zu den Aufgaben dieses Kerns die Koordination des Schluckens und Atemanhaltens gehören.
Die Mutter ignoriert die stummen Jungen
„Die stummen Mäuse sind außerdem ein Modell, um die Bedeutung von angeborenen Rufen für die Interaktion zwischen Mutter und Nachwuchs zu untersuchen“, sagt Hernandez-Miranda. Die ersten Tests zeigen, dass sie überlebenswichtig sind. Verdeckten die Forscherinnen und Forscher die stummen Mäusebabys zum Beispiel mit etwas Einstreu beziehungsweise setzten sie außerhalb des Nests ab, wurden sie von der Mutter nicht gefunden und zurückgeholt.
„Wir vermuten, dass die Laute ein evolutionär konserviertes Signal sind, das die Gesundheit der Jungen anzeigt und die Aufmerksamkeit der Mutter sicherstellt“, sagt Birchmeier. Eine interessante weiterführende Frage sei zudem, ob der Nucleus an der Entstehung oder Ausprägung von Sprachstörungen beteiligt ist, die bei Patienten mit Schlaganfall, neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumoren beobachtet werden können.
Mehr Informationen
Luis Rodrigo Hernandez-Miranda1, Pierre-Louis Ruffault1, Julien C. Bouvier2, Andrew J. Murray3, Marie-Pierre Morin-Surun2, Niccolò Zampieri1, Justyna B. Cholewa-Waclaw1, Elodie Ey4, Jean-Francois Brunet5, Jean Champagnat2, Gilles Fortin2, and Carmen Birchmeier1 (2017): „Genetic identification of a hindbrain nucleus essential for innate vocalization.“ PNAS. doi:10.1073/pnas.1702893114
1Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin, Germany; 2Paris-Saclay Institute for Neuroscience, CNRS, Gif sur Yvette, France; 3Howard Hughes Medical Institute, Columbia University, New York, USA; 4Pasteur Institute, Paris, France; 5Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure, Paris, France
