Wenn das Aquarium Geräusche macht

Ursprünglich arbeitete Thomas Chaigne als Physiker in der Optik und Akustik, wo er die Streuung von Licht in trüben Medien wie etwa organischem Gewebe untersuchte. Als Postdoktorand wollte er allerdings einen tieferen Einblick in die angewandte Forschung erhalten. Welche Überraschungen ihn dort als Physiker erwarteten und was Fischgehirne mit Akustik zu tun haben, erklärte er uns bei einem gemeinsamen Treffen in Berlin.

Herr Dr. Chaigne, zwei Wörter fallen in Ihrer Projektbeschreibung auf: „Fisch“ und „Hören“. Wie gehören diese zusammen?

Ich kannte das Labor von Professor Judkewitz, da er im Bereich der Neurobiologie zu streuenden Medien arbeitet. Also ergriff ich die Chance, über das von der Stiftung Charité geförderte Humboldt-Forschungsstipendium in sein Labor zu kommen. Etwa zeitgleich begann seine Arbeitsgruppe, mit einem neuen Fisch zu arbeiten, Danionella translucida. Das ist ein kleiner Fisch, der im Gegensatz zum weitverbreiteten Modellfisch, dem Zebrafisch, auch ausgewachsen transparent bleibt. Professor Judkewitz wollte ursprünglich diese Eigenschaft nutzen, um das gesamte Gehirn eines ausgewachsenen Wirbeltiers unter dem Mikroskop darzustellen. Eines Tages hörte er allerdings aus dem Aquarium plötzlich klickende Geräusche, die an Zikaden erinnerten. Da begriff er, dass die Geräusche von den Fischen kamen.

Sie untersuchen Fische, aber Ihr Labor befindet sich an der Charité. Können Ihre Forschungsergebnisse auch auf den Menschen übertragen werden?

Nicht in der nahen Zukunft. Aber die Idee hinter unserer Arbeit ist es, letztendlich ein gesamtes Gehirn mit dem Mikroskop darstellen zu können. Hat man einmal ein besseres Verständnis vom Gehirn eines Fisches, kann man zur nächsten Ebene weiterschreiten. Das wäre zwar noch nicht der Mensch, aber Mäuse oder andere Säugetiere. In der Maus kann man zurzeit nur einen kleinen Teil des Gehirns auf einer sehr oberflächlichen Ebene darstellen, da man nicht tiefer schauen kann. Allerdings arbeiten Forscher seit einigen Jahren daran, das gesamte Gehirn von Zebrafischlarven darzustellen. Dasselbe wollen wir nun bei erwachsenen Fischen versuchen. Es gibt keinen direkten Gewinn für die Therapie, aber es werden die Grundlagen für bedeutsame weitere Forschungsprojekte in diese Richtung geschaffen.

Wie werden die Bilder erstellt?

Um die Gehirnaktivität zu messen, bringen wir Neuronen dazu, Moleküle zu produzieren, deren optische Eigenschaften sich bei aktiven Zellen verändern. Wenn Neuronen kommunizieren, senden sie elektrische Signale. Macht man dann ein Foto mit dem Mikroskop, blinken diese Zellen auf. Anhand dieser Bilder kann man nachvollziehen, welche Neuronen miteinander verbunden sind und welche Art von Signalen sie senden.

Also untersuchen Sie das Gehirn oder den Hörsinn?

Ich untersuche, wie der Fisch eine Geräuschquelle im Raum verorten kann. Menschen nehmen Signale auf dem linken und rechten Ohr mit einer kleinen Zeitdifferenz und einem Unterschied in der Amplitude wahr. Der Fisch ist jedoch viel kleiner und die Wellenlänge von Schall im Wasser wesentlich größer. Dennoch zeigt ihr Verhalten, dass die Fische die Quelle des Geräuschs verorten können. Das ist aus evolutionärer Sicht wichtig, wenn sich beispielsweise ein Raubfisch nähert. Ich beobachte, welche mechanischen Strukturen sich durch die Schallwellen bewegen.

Wenn das Aquarium Geräusche macht
Dr. Thomas Chaigne

Förderprogramm

Humboldt-Forschungsstipendium am BIH

Förderzeitraum

2018 bis 2019

Vorhaben

Biophysik und Physiologie des Richtungshörens bei Fischen

Fachgebiet

System-Neurobiologie

Institution

Charité – Universitätsmedizin Berlin

 

Seit 2019

Research Fellow des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) mit Tenure Track, Fresnel Institute, Marseille, Frankreich

2016 bis 2018

Postdoktorand, Judkewitz-Lab, Exzellenzcluster NeuroCure, Charité – Universitätsklinikum Berlin, Deutschland

2012 bis 2016

Doktorand, Institut Langevin et Kastler Brossel-Lab, Paris, Frankreich

Der Fisch kann über zwei Wege Geräusche wahrnehmen. Der erste Weg ist über besondere Kalziumansammlungen, die Ohrsteine genannt werden. Diese sind dichter als das restliche Gewebe und bewegen sie sich daher weniger, wenn die Schallwelle eintrifft. Das Gewebe biegt die Haarzellen, die es mit dem Ohrstein verbinden. Das Biegen der Haarzellen setzt ein Signal frei, das zum Neuron weitergeleitet wird. Der zweite Weg ist über die Schwimmblase, deren Druck durch die Schallwelle verändert wird, weshalb sie strahlenartig nach innen und außen oszilliert. In ihrer Membran ist ein kleiner Knochen verankert, der dadurch ebenfalls bewegt wird. Er ist mit weiteren Knochen verbunden, die das Signal an das Innenohr weiterleiten.

War es anders, das Thema aus einer neurobiologischen und weniger traditionell physikalischen Perspektive zu betrachten?

Um ehrlich zu sein, war ich etwas überrascht, dass die Neurowissenschaften kein einheitliches Fachgebiet sind. Ich habe erwartet, dass es einen gewissen theoretischen Rahmen gibt, also ein paar allgemeingültige, grundlegende Konzepte. In der Physik weiß man immerhin, dass sich Ergebnisse und Prognosen replizieren lassen, wenn die Annahmen logisch erscheinen. In der Biologie sind die Hälfte aller Versuche nicht replizierbar und man muss auf den Ruf der Zeitschrift und der Autoren vertrauen. Gleichzeitig werden so viele Daten generiert, dass es unmöglich ist, die gesamte Literatur zu kennen – selbst wenn man nur einen bestimmten Teil der Sehrinde von Mäusen untersucht. Ein stärkerer theoretischer Rahmen würde sicherlich nicht schaden.

Gibt es andere Überraschungen, die Sie von Berlin oder von Deutschland nicht erwartet hätten?

Von Deutschland glaubte ich, dass die Verwaltung hier effizienter ablaufen würde. Tatsächlich ist sie genau wie in Frankreich – langsam und kompliziert. Außerdem fiel mir auf, dass die Menschen hier automatisch ins Englische wechseln, sobald eine Person im Raum kein Deutsch spricht. Das würde in Frankreich niemals passieren, selbst wenn man an einem Gespräch beteiligt ist. Sobald man eine Minute nichts sagt, wechseln die Leute sofort wieder ins Französische. Das finde ich unhöflich. Gleichzeitig wünsche ich mir manchmal, dass es hier genauso wäre – dann müsste ich öfter Deutsch sprechen. Das mache ich sonst nur beim Sport oder im Supermarkt. Beim Thaiboxen ist es eine gute Übung, jemanden zu verstehen, der mit dem Mundschutz spricht. Jetzt kenne ich immerhin alle Körperteile auf Deutsch.

Ist dies Ihr erster Aufenthalt in Deutschland oder hatten Sie bereits eine Verbindung zum Nachbarland?

Deutsch war eigentlich meine erste Fremdsprache, aber ich habe seit der Schulzeit fast alles vergessen. In der achten Klasse war ich während eines Schüleraustauschs in Deutschland, in einer Gegend am Rhein, in der Wein angebaut wurde. Später im Studium habe ich einen Sommer beim Forstamt in Baden-Baden gearbeitet. Meistens mussten wir nur das Gras neben dem Weg zum Forstamt schneiden, das schien in der Gegend sehr wichtig zu sein. Wir haben auch Unkraut gerupft – also praktisch alle Aufgaben, auf die sie selbst keine Lust hatten.

Mögen Sie die Natur also lieber als die Stadt?

Ich bin im Beaujolais auf dem Land aufgewachsen und habe dort häufig bei der Weinernte geholfen. Daher war Paris zunächst etwas gewöhnungsbedürftig, doch im Endeffekt habe ich es auch dort gemocht. Nach ein paar Jahren in Paris war Berlin nun der perfekte Kompromiss: die Straßen sind weiter, die Wohnungen größer und es ist nicht so überfüllt. Mittlerweile habe ich sogar einen richtig guten Käseladen im Prenzlauer Berg entdeckt, also muss ich nicht einmal auf französischen Käse verzichten.

 

Oktober 2018/MM