Nicht nur uns Menschen haben die Corona-Lockdowns aus dem Gleichgewicht gebracht, auch Tiere wie die Fruchtfliege leider unter sozialer Isolation. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben Fruchtfliegen in Reagenzgläsern unter Quarantäne gestellt und nach nur einer Woche festgestellt, dass sie zu wenig schlafen und zu viel essen, so eine neu veröffentlichte Studie im Fachmagazin Nature.
Die Ergebnisse der Untersuchungen beschreiben, wie die chronische Trennung von der Gruppe zu Veränderungen in der Auslesung von Genen, der neuronalen Aktivität und dem Verhalten der Fliegen führt. Sie stellen eines der ersten robusten Tiermodelle zur Untersuchung der biologischen Reaktion des Körpers auf Einsamkeit dar.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Rockefeller University in New York sagen, dass Fliegen so veranlagt sind, dass sie eine spezifische Reaktion auf soziale Isolation zeigen. Sie haben herausgefunden, dass Einsamkeit pathologische Folgen haben kann, die mit Veränderungen in einer kleinen Gruppe von Neuronen zusammenhängen.
Die Wissenschaft der Einsamkeit
Drosophila sind soziale Lebewesen. Die Fruchtfliegen gehen in Gruppen auf Nahrungssuche, bringen sich gegenseitig durch komplexe Paarungsrituale ein Ständchen und liefern sich Miniatur-Boxkämpfe. Und dann schlafen sie ein: Fliegen schlafen 16 Stunden pro Tag, aufgeteilt in ein träges Mittagsschläfchen und eine volle Nachtruhe.
Als Wanhe Li, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin des Labors begann, die biologischen Grundlagen chronischer sozialer Isolation zu untersuchen, wandte sie sich den geselligen und gut untersuchten Fruchtfliegen zu. "Drosophila hat uns immer wieder auf die richtige Spur gebracht", sagt Michael W. Young,.
"Die Evolution hat vor langer Zeit eine große Komplexität in diese Insekten hineingepackt, und wenn wir uns in ihre Systeme vertiefen, finden wir oft die Grundzüge von etwas, das auch bei Säugetieren und Menschen zu finden ist."
"Wenn wir keinen Fahrplan haben, wird die Fruchtfliege zu unserem Fahrplan", fügt Li hinzu.
Für die Studie verglich Wanhe Li zunächst, wie es den Fliegen unter den verschiedenen Bedingungen des Einsperrens erging. Nach sieben Tagen zeigten die Fliegen, die in Gruppen unterschiedlicher Größe untergebracht waren, keine anomalen Verhaltensweisen. Sogar zwei Fliegen, die von der Menge abgeschnitten waren, waren miteinander zufrieden. Wurde jedoch eine einzelne Fliege völlig isoliert, begann das einsame Insekt mehr zu essen und weniger zu schlafen.
Genetische Grundlage für die Neigung zum Überfressen in sozialer Isolation
Weitere Untersuchungen ergaben, dass eine Gruppe von Genen, die mit Hunger in Verbindung stehen, in den Gehirnen einsamer Fliegen anders abgelesen wurden – eine verlockende genetische Grundlage für den beobachteten Zusammenhang zwischen Isolation und Überfressen.
Li fand dann heraus, dass eine kleine Gruppe von Gehirnzellen, die als P2-Neuronen bekannt sind, an den beobachteten Veränderungen des Schlaf- und Fressverhaltens beteiligt sind. Das Ausschalten der P2-Neuronen von chronisch isolierten Fliegen unterdrückte das übermäßige Fressen und stellte den Schlaf wieder her; die Verstärkung von P2 bei Fliegen, die nur einen Tag lang von der Gruppe isoliert waren, bewirkte, dass sie aßen und schliefen, als wären sie eine ganze Woche lang allein gewesen.
"Wir haben es geschafft, die Fliege glauben zu lassen, dass sie chronisch isoliert war", sagt Wanhe Li. "Die P2-Neuronen scheinen mit der Wahrnehmung der Dauer der sozialen Isolation oder der Intensität der Einsamkeit verbunden zu sein – wie ein Timer, der herunterzählt, wie lange die Fliege allein gewesen ist".
Das Young-Labor bestätigte diese Beobachtungen in mühevoller Kleinarbeit. Sie züchteten Fliegen, die an Schlaflosigkeit leiden, um sicherzustellen, dass Schlafmangel allein nicht zu übermäßigem Fressen führt (was nicht der Fall war).
Außerdem testeten sie bei Fliegen, die in Gruppen aufgezogen wurden, ob die Manipulation von P2-Neuronen bei vergesellschafteten Fliegen zu übermäßigem Fressen und Schlafmangel führen würde (dies war ebenfalls nicht der Fall). Letztendlich kamen sie zu dem Schluss, dass nur eine besonders hohe P2-Neuronenaktivität und soziale Isolation dazu führt, dass die Fliegen anfangen, weniger gut zu schlafen und sich zu überfressen.
Die Erklärung der "Quarantäne 15"
Wissenschaftler*innen haben beobachtet, dass viele soziale Tiere – von der Fruchtfliege bis zum Menschen – mehr essen und weniger schlafen, wenn sie isoliert sind. Der Grund dafür ist bisher unklar. Eine Möglichkeit ist, so Young, dass die soziale Isolation ein gewisses Maß an Unsicherheit über die Zukunft signalisiert. Die Vorbereitung auf schwierige Zeiten könnte darin bestehen, so oft wie möglich aufmerksam und wach zu sein und zu essen, wann immer Nahrung verfügbar ist.
Die neue Studie kann allerdings kaum bestätigen, dass Menschen in COVID-19-Sperrgebieten aufgrund der gleichen biologischen Mechanismen, die einsame Fliegen hungrig und schlaflos halten, mehr essen und weniger schlafen.
Aber jetzt, da Li und Young die Neuronen und Gene identifiziert haben, die in Fruchtfliegen auf chronische Isolation reagieren, können künftige Forscher*innen nach entsprechenden Zusammenhängen zwischen Einsamkeit, Überfressen und Schlaflosigkeit bei Labortieren und schließlich beim Menschen suchen.
"Klinisch orientierte Studien deuten darauf hin, dass eine große Anzahl von Erwachsenen in den Vereinigten Staaten während des letzten Jahres der Isolation aufgrund von COVID-19 eine signifikante Gewichtszunahme und Schlafverlust erfahren hat", sagt Young. "Es kann gut sein, dass unsere kleinen Fliegen das Verhalten von Menschen, die unter pandemischen Bedingungen leben, aus den gleichen biologischen Gründen widerspiegeln."