Smarte Fliegen

Grafik: MW

Author: Susanne Donner

Essen, vergessen und flüchten – Fruchtfliegen reagieren sehr vielfältig in nur leicht unterschiedlichen Experimenten. Sie sind „ultrarationale Geschöpfe“, findet der Magdeburger Neurobiologe Bertram Gerber.

Scientific support: Prof. Dr. Marion Silies

Published: 18.01.2026

Difficulty: easy

Das Wichtigste in Kürze

Larven der Fruchtfliege Drosophila melanogaster lassen sich in nur wenigen Durchgängen auf einen Duft konditionieren.
Der Abruf des erlernten Verhaltens erfolgt dennoch nicht automatisch. Auch Fruchtfliegen wägen ab.
Sie optimieren ihr Verhalten so, dass sie möglichst viel und vielfältige Nahrung bekommen.
Das Verständnis des Fliegengehirns könnte die Künstliche Intelligenz verbessern.

Es ist gar nicht so schwer, selbst winzigen Fliegenlarven etwas beizubringen: Bertram Gerber vom Leibniz-Institut für Neurobiologie in Magdeburg praktiziert das jeden Tag. Er stellt dafür ein kleines Plastikgefäß mit einem Duft in eine Petrischale. In die Schale geben die Forscher ein Nährmedium aus Agar. Auf diesem 'Tortenguss' können sich die vier Millimeter langen Larven von Drosophila melanogaster gut fortbewegen. Noch dazu lässt sich ihr Lieblingsfutter in den Tortenguss einarbeiten, Zucker zum Beispiel. Dann merkt sich die Fliegenlarve nach wenigen Durchgängen den Zusammenhang von Duft und Zucker. Spätestens nach dem dritten Mal kriecht sie dem gelernten Duft entgegen.

Es ist ein klassisches Konditionierungsexperiment, das bei anderen Tieren ähnlich ausgehen würde. Berühmt wurde es mit dem „Pawlowschen Hund“: Der russische Nobelpreisträger für Medizin Iwan Petrowitsch Pawlow wies nach, dass einem Hund schon der Speichel im Mund zusammenfließt, wenn ein Glockenton ertönt. Vorausgesetzt, er ist vorher darauf konditioniert worden, dass es kurz nach dem Ton tatsächlich Futter gibt.

Man kann die Fliegenlarven durchaus um ihre Gelehrigkeit beneiden. Immerhin reichen uns Menschen längst nicht immer drei Versuche, um eine neue Vokabel in einer Fremdsprache zu behalten. Und trotzdem neigen wir dazu, die kleinen weißen Larven für tumb zu halten. „Zunächst ging man davon aus, dass das Tier quasi automatisch nach dem gelernten Duft läuft“, sagt Gerber. Aber sind die Fliegen wirklich so einfache Automaten?

Fliegende Automaten oder clevere Fliegen?

Die Vorstellung von Insekten als Automaten hält sich hartnäckig. Als „fliegende Uhren“ betitelte die Fruchtfliegen schon der Tübinger Botaniker Wolfgang Engelmann in seinem illustren Werk über das Werden und Vergehen dieser Tiere. Sie schlüpfen morgens pünktlich und gemeinsam. Sie schlafen nachts und beginnen ebenso pünktlich mit Tagesanbruch umherzukriechen. Dieses circadiane, also tagesrhythmische Verhalten steuert ein neuronales Netzwerk, zu dem auch der so genannte Pilzkörper zählt, eine wichtige Struktur im Fliegengehirn. Dort befinden sich unter anderem verschiedene Photorezeptoren, die das Tageslicht erspüren. Genauso können die Fruchtfliegen die Umgebungstemperatur und das Erdmagnetfeld erfassen.

Und doch sind selbst die Fliegenlarven, deren Gehirn aus noch 10-mal weniger Nervenzellen besteht als das der erwachsenen Fliegen, keine Automaten, wie Gerber in seinen Experimenten deutlich machen konnte. „Vom Abruf einer Gedächtnisspur bis zur Handlung gibt es einen Zwischenschritt. Im Ergebnis verhält sich die Larve erstaunlich smart.“

Vor dieser Erkenntnis suchte Gerber die Antwort auf eine bestimmte Frage: Kriechen die auf „Duft-Zucker“ konditionierten Larven automatisch zum Duft, weil sie den Duft gut finden oder weil sie dort Zucker erwarten? „Das klingt vielleicht nach Haarspalterei, ist aber psychologisch ein Unterschied – und auch im Gehirn“, erklärt er.

Um den Motiven der Larven auf die Spur zu kommen, präsentierte sein Team im abschließenden Test den Larven den Duft auf einer Seite der Petrischale, süßte aber zugleich den Tortenguss. Würde sie automatisch vom gelernten Duft angezogen, sollten sie auch unter diesen Umständen zur Duftseite der Petrischale wandern – das sollten sie aber nicht tun, wenn ihnen um den am Ort des Duftes erwarteten Zucker geht, denn schließlich ist der Zucker in dieser Testsituation schon vorhanden. Und tatsächlich legten die Larven nur dann ihr Suchverhalten an den Tag, wenn sie das Gesuchte, also den Zucker, nicht schon hatten. Die gelernte Anziehungskraft des Duftes geht also eigentlich von der erwarteten Futterbelohnung aus.

Immer der Nahrung nach

Auf Ebene des Gehirns ist dieses differenzierte Verhalten keineswegs trivial – einmal wird die Gedächtnisspur verhaltenswirksam, nämlich dann, wenn die Larve das erwartete Futter noch nicht hat. Im anderen Fall, wenn sie den Zucker schon gefunden hat, löst dieselbe Gedächtnisspur kein gelerntes Verhalten aus. Gerbers Team konnte jüngst ein dopaminerges Neuron im Pilzkörper der Fliegen identifizieren, das für diese Regulation des gelernten Verhaltens verantwortlich sein könnte. Es trägt das Kürzel DAN-i1. Seine Fortsätze reichen zum einen in den Pilzkörper selbst hinein. Es sorgt dafür, dass die Fliege zunächst die Assoziation zwischen Duft und Zucker erlernt. Zum anderen aber ist es auch mit den Ausgangsneuronen des Pilzkörpers verschaltet, über die das Verhalten angesteuert wird, so dass die Fliege den Impuls, zum Duft zu kriechen, auch unterdrücken kann. „Das ist wie ein eleganter Servo im Fahrzeug. DAN-i1 reguliert sowohl, ob eine Gedächtnisspur angelegt als auch ob sie in gelerntes Verhalten umgesetzt wird.“

Die Larve benimmt sich beim Essen damit anscheinend wie ein Mensch. Sitzen wir im Restaurant am gedeckten Tisch mit dem bestellten Gericht, würde ein weiteres Suchen nach eben diesem Gericht im besten Fall komisch wirken.

Dass die Larven erstaunlich „rational“ sind, zeigt auch der Ausgang eines anderen Experimentes. Sitzen sie zwar auf süßem Grund, aber mit weniger Zucker als im Training in Verbindung mit dem Duft gereicht wurde, setzt die Larve ihre Suche fort. „Die Aussicht auf mehr – die Gier - treibt sie “, stellt Gerber klar. Und auch wenn sie in der Testsituation eine dem Zucker gleichwertige, aber andersartige Belohnung vorfindet, wie zum Beispiel eine nahrhafte Aminosäure, sucht sie weiter: immerhin kann sie zusätzlich zur ohnehin vorhandenen Aminosäure den Zucker noch zusätzlich erlangen.

Man kann die Experimente so deuten, dass die kleinen Larven stets ihren motorischen Aufwand minimieren und die Futtermenge und -diversität maximieren. Schließlich ist es ihre biologische Bestimmung zu wachsen und sich schließlich zu verpuppen.

Das Verhalten des kleinen Insekts in den verschiedenen Experimenten lehrt vor allem eines: Mitnichten sind selbst die Larven der Drosophila Automaten. Sie lernen schnell und sind erstaunlich flexibel und "rational" darin, das Gelernte situationsgemäß zu ihrem besten Nutzen anzuwenden.

Wie das die KI verbessern könnte

Eine Einschränkung bei all den Experimentalstudien zur Drosophila, egal ob bei Larven oder den erwachsenen Fliegen gibt es allerdings: Das Labor entspricht in vielerlei Hinsicht nicht der biologischen Umwelt. So bilden Gerüche in der Luft Fahnen, durch die Fruchtfliegen hindurchschwirren und darauf unmittelbar reagieren, wenn sie damit Nahrung assoziieren.

Um das komplexe Verhalten der Insekten besser zu verstehen, hat die Arbeitsgruppe von Martin Paul Nawrot, Physiker an der Universität Köln, begonnen, den Pilzkörper der Tiere im Computer nachzubilden ▸ Fliegenhirn im Rechner. Im November 2020 gelang ihm der Beweis, indem er die virtuellen Nervenzellen so programmierte, dass die Tiere selbst bei simulierten Duftschwaden eine Gedächtnisspur für den Duft anlegen, wenn er mit einer Belohnung in Form von Futter verknüpft wird.

„Wir gehen zudem davon aus, dass die Tiere ein Langzeitgedächtnis haben, in dem sie sich Dinge länger als 24 Stunden merken, und parallel dazu wahrscheinlich in anderen Neuronen ein Kurzzeitgedächtnis“, erläutert Nawrot. Beide wolle er künftig in sein digitales Drosophila-Gehirn integrieren, um zu verstehen, welche Informationen das Tier wie anlegt und abruft.

„Der Unterschied zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis ist in Lebewesen zentral. Und an den Fruchtfliegen können wir ihn am ehesten verstehen.“ Nawrot könnte sich sogar Anwendungen der Erkenntnisse vorstellen, die weit über die Fliegen hinausgehen: In der Künstlichen Intelligenz unterscheidet man bisher nicht zwischen Kurz- und Langzeitgedächtnis. Gut möglich, dass die Fliege uns eines Tages lehrt, klügere Roboter zu bauen.