Der Schaltplan des Appetits: Was die Nervenzellen einer Fruchtfliege über Geschmack verraten

Stand: 06.09.2026 10:45 Uhr

Wenn eine Fruchtfliege auf angeschnittenem Obst landet, hat sie schon geschmeckt, bevor sie den Rüssel ausfährt – mit den Füßen. Ihr Geschmackssinn sitzt über den ganzen Körper verteilt, auf Beinen, Flügelrändern, Rüssel und tief im Rachen. Eine internationale Forschungsgruppe hat nun jedes einzelne dieser Neuronen kartiert und bis zu den Muskeln verfolgt, die es bewegt. Herausgekommen ist der am vollständigsten dokumentierte Schaltplan, den es von einem Sinn je gegeben hat.

von MDR Wissen / RR

Eine angeschnittene Birne auf der Anrichte, ein Rest Wein im Glas: Es dauert im Spätsommer keinen Tag, bis sie da ist. Und wenn die Fruchtfliege auf der Birne landet, hat sie längst geschmeckt, bevor sie ihren Rüssel ausfährt. Sie schmeckt nämlich mit den Füßen. Auf jedem ihrer sechs Beine sitzen rund 30 winzige Borsten, jede mit einem Loch an der Spitze und zwei bis vier Sinneszellen darin. Weitere 40 solcher Borsten stehen am Vorderrand jedes Flügels. Der Rüssel trägt außen etwa 60, innen liegen zusätzlich Grübchen, die erst freigelegt werden, wenn das Tier ihn spreizt. Und tief im Rachen, dort wo bei uns der Schlund beginnt, sitzen weitere Sensoren, die das Essen noch einmal prüfen, wenn es längst im Mund ist.

Dass Fliegen mit den Füßen schmecken, ist keine neue Erkenntnis. Der amerikanische Biologe Vincent Dethier hat das vor rund 50 Jahren an Schmeißfliegen genau beschrieben – jenen großen Brummern, die sich auf das Marmeladenbrot setzen – und dabei notiert, es wäre lohnend, den Weg vom Sinnesreiz bis zur Bewegung einmal ganz zu verfolgen. Mit diesem Satz eröffnet die neue Studie ihre Diskussion. Vermessen wurde für sie allerdings nicht der Brummer, sondern die Fruchtfliege Drosophila melanogaster: kaum zwei Millimeter lang, das meistuntersuchte Insekt der Biologie und klein genug, dass sich ihr Nervensystem überhaupt vollständig abbilden lässt.

Für das Tier ist der über den ganzen Körper verteilte Geschmackssinn praktisch. Für die Hirnforschung war er ein Problem. Denn ein Sinn, der so verstreut liegt, lässt sich mit einer Karte des Gehirns allein nicht erfassen. Man müsste die Signale von den Beinen aus verfolgen können, quer durch das Tier, bis zu den Muskeln, die am Ende schlucken. Genau daran ist die Forschung bisher gescheitert. Der Geschmack blieb der am schlechtesten kartierte aller Sinne – obwohl er die letzte Instanz vor dem Schlucken ist und damit über Leben und Tod entscheiden kann.

166.691 Nervenzellen, einzeln nachgezeichnet

Das hat sich nun geändert, und zwar mit einer Kraftanstrengung, die fast zwei Jahrzehnte gedauert hat. Um den Schaltplan eines Nervensystems zu bekommen, muss man es in Tausende hauchdünne Scheiben schneiden, jede einzelne unter dem Elektronenmikroskop fotografieren und anschließend jede Nervenzelle durch den gesamten Bilderstapel hindurch verfolgen. Diese Arbeit hat inzwischen eine künstliche Intelligenz übernommen, Menschen lesen anschließend Korrektur. Einen solchen Schaltplan nennt man in der Wissenschaft Konnektom.

Herausgekommen ist eine Karte mit 166.691 Nervenzellen. Sortiert nach Bauform und Verschaltung, ergeben sie 11.691 verschiedene Zelltypen – gewissermaßen die Berufsgruppen dieses Nervensystems. Entscheidend ist dabei ein Detail, das leicht untergeht: Gehirn und Bauchmark – das Insekten-Gegenstück zum Rückenmark – stecken in einem einzigen zusammenhängenden Datensatz. Bisherige Karten hörten am Hals auf. Beteiligt waren die Champalimaud-Stiftung in Lissabon, der Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute, das MRC-Labor für Molekularbiologie, die Universität Cambridge und Google Research. Zwei Studien im Fachblatt "Cell" stellen die Karte und ihre erste Anwendung vor.

"Zum ersten Mal haben wir ein Konnektom des ganzen, unversehrten Zentralnervensystems eines erwachsenen Tieres mit komplexer Anatomie und komplexem Verhalten", sagt Carlos Ribeiro, Forschungsgruppenleiter an der Champalimaud-Stiftung. Die Einschränkungen in diesem Satz sind wichtig: Vom Fadenwurm und von der Larve der Fruchtfliege kennt man den kompletten Schaltplan seit Längerem. Neu ist er für ein ausgewachsenes Tier, das laufen, fliegen, balzen und wählerisch fressen kann.

Essen ist kein einzelner Entschluss, sondern eine Kette

Als erste Anwendung hat das Team um Ribeiro den Geschmackssinn kartiert – jede einzelne Sinneszelle an Beinen, Flügeln, Rüssel und Rachen, und von dort aus jeden Weg bis zu den Muskeln. Dabei kamen 43 verschiedene Typen von Geschmacksneuronen zusammen, darunter etliche, die bisher niemand beschrieben hatte.

Und es zeigte sich ein Bauplan, der die gängige Vorstellung vom Essen auf den Kopf stellt. Fressen ist bei der Fruchtfliege keine einzelne Entscheidung, sondern eine Kette von Kontrollpunkten. Erst tasten die Beine das Futter ab; fällt das Urteil positiv aus, hält das Tier an und fährt den Rüssel aus. Dann prüfen die Borsten am Rüssel. Erst danach spreizt sich das Mundwerkzeug und legt die Grübchen frei, die nun ihrerseits prüfen. Und ganz am Ende sitzen die Sensoren im Rachen wie Türsteher: Sie hängen kaum an den Muskeln, die den Rüssel bewegen, dafür stark an denen, die pumpen und schlucken. Sie entscheiden nicht mehr, ob probiert wird, sondern ob etwas in den Körper gelangt.

An jeder dieser Stationen kann die Sache abgebrochen werden. Das erklärt, warum Appetit sich nicht als ein einzelner Schalter beschreiben lässt – weder bei der Fruchtfliege noch bei uns.

Das Gehirn gibt nicht Gas, es löst eine Bremse

Der wohl überraschendste Fund steckt darin, wie ein gutes Signal überhaupt in Bewegung übersetzt wird. Man würde ein Startsignal erwarten. Tatsächlich passiert das Gegenteil.

"Statt die Fressmuskeln direkt anzusteuern, hält die Schaltung offenbar eine neuronale Bremse auf ihnen, bis ein attraktiver Geschmack stark genug ist, um die Sperre zu lösen", sagt Inês de Haan Vicente, Mitarbeiterin im Labor und eine der Erstautorinnen. "Wir glauben, dass das hilft, die Aufnahme schädlicher Substanzen zu verhindern. Ist die Bremse einmal gelöst, hält ein zweiter, langsamerer Weg die Bewegung in Gang, während die Fliege frisst. Diese Bauweise könnte eine Möglichkeit sein, das Fressen zugleich wählerisch und stabil zu machen."

Im Schaltplan sieht das so aus: Ein hemmendes Neuron blockiert die Fressmuskeln dauerhaft. Ein attraktiver Geschmack schaltet über nur drei Zwischenstationen genau dieses Neuron ab – und zwar schnell. Parallel läuft ein zweiter, erregender Weg über vier Stationen, also etwas träger, und hält die Bewegung dann am Laufen. Schnell und wählerisch einsteigen, langsam und stabil dranbleiben. Nebenbei erklärt das auch, warum eine fressende Fruchtfliege stehen bleibt: Ein attraktives Signal am Rüssel schaltet über zwei Zwischenstufen ausgerechnet jene Neuronen ab, die Vorwärtslaufen antreiben. Fressen und Laufen schließen einander aus.

Was das mit uns zu tun hat

(Fr)Essen und Laufen gehen nicht zusammen? Da werden viele Menschen widersprechen. Und tatsächlich haben die Studienerkenntnisse mit dem menschlichen Geschmackssinn auf den ersten Blick wenig zu tun. Insekten und Wirbeltiere haben Geschmack unabhängig voneinander "erfunden". Die Empfänger, mit denen eine Fruchtfliege schmeckt, gehören zu einer völlig anderen Eiweißfamilie als unsere Rezeptoren für süß, bitter oder umami. Die Bauteile sind nicht verwandt.

Die Verschaltung dagegen schon. Dieselbe Handbremse, die das Team bei der Fruchtfliege gefunden hat, ist auch bei Mäusen beschrieben worden: eine mehrstufige Enthemmung, die vom Mandelkern über eine Schaltstelle im Hirnstamm bis zu den Neuronen für das Lecken reicht und dort steuert, wie lange ein Tier am Stück leckt. Auch der "Flaschenhals" ist derselbe: Bei Fruchtfliege wie Säugetier laufen Geschmacksinformationen in einer kleinen Zahl von Zellen zusammen, die daraus Bewegung machen. Das Team schließt daraus, wiederkehrende Enthemmung könnte eine über weite evolutionäre Distanzen erhaltene Strategie sein, um Nahrungsaufnahme in Portionen zu gliedern.

Handfester wird es bei anderen Insekten. Stechmücken entscheiden über genau solche Geschmackssensoren, ob sie Nektar oder Blut aufnehmen, und beurteilen damit auch die Chemie menschlicher Haut. Geschmack ist bei ihnen gewissermaßen das Eingangstor zur Krankheitsübertragung. Bei Pflanzenschädlingen und Bestäubern bestimmen dieselben Sensortypen, welche Pflanze angefressen oder angeflogen wird.

Der Draht zum Insulin

Und dann ist da noch ein Fund, der ausgerechnet in einem menschlichen Alltagsphänomen landet. Zuckerempfindliche Sensoren im Rachen der Fruchtfliege erreichen über nur drei Stationen jene Zellen, die Insulin herstellen.

Beim Menschen ist dieser Vorgang lange bekannt: Der Körper schüttet Insulin aus, sobald er Essen sieht oder schmeckt – noch bevor eine einzige Kalorie im Blut angekommen ist. Warum das auch bei kalorienfreier Süße passieren kann, ist offen. "Das Nervensystem kann dem Körper faktisch mitteilen, dass Essen unterwegs ist", sagt Ibrahim Tastekin, Postdoktorand im Ribeiro-Labor und ebenfalls Erstautor. "Vorwegnehmende Insulinantworten auf Anblick, Geruch oder Geschmack von Essen sind bereits bekannt, auch beim Menschen. Spannend ist hier, dass wir jetzt eine mögliche Verdrahtung dafür sehen können – und die Art von Schaltung, die den Geschmack einer kalorienfreien Limonade dazu bringen könnte, eine Insulinausschüttung anzustoßen, selbst wenn keine Kalorien folgen."

Bemerkenswert ist dabei ein Detail, das die Studie nebenbei liefert: Verdrahtet mit den Hormonzellen sind ausschließlich jene Sensoren, die beim tatsächlichen Schlucken mit Nahrung in Berührung kommen. Die Sensoren an Beinen und Flügeln, die nur herumprobieren, sind es nicht. Das Tier stellt seinen Stoffwechsel also nicht auf jedes Signal von außen um, sondern erst, wenn wirklich etwas den Rachen passiert. Ein eingebauter Schutz vor Fehlalarm.

Eine Karte ist noch keine Erklärung

Bei allem Reiz dieser Befunde: Was die Studienautoren hier vorlegen, ist ein Schaltplan, keine Messreihe. Ob eine Nervenzelle ihren Nachbarn anregt oder bremst, wurde zu einem großen Teil von der Software vorhergesagt. Welche Substanz ein Sensor meldet, ist aus Form und Verschaltung erschlossen. Und "drei Stationen bis zum Insulin" ist ein berechneter Wert, kein beobachteter Vorgang. Die Autoren wissen das alles und nennen ihre Karte deshalb ausdrücklich ein "Werkzeug, um Hypothesen zu erzeugen".

"Angenommen, Sie interessieren sich dafür, wie Geschmack die Fortbewegung steuert", sagt de Haan Vicente. "Jetzt können Sie in die Karte gehen und fragen: Welche Sinneszellen sind mit den Neuronen verbunden, die die Fortbewegung steuern? Welche Zwischenneuronen sollte ich manipulieren? Sie bekommen einen Ausgangspunkt." Dass das funktionieren kann, hat dieselbe Gruppe in einer dritten Arbeit gezeigt, die allerdings bislang nur als nicht begutachtete Preprint-Version vorliegt. Aus der Karte lasen sie eine Nervenzelle heraus, tauften sie "Sustain" und prüften sie im Experiment. Sie erklärt tatsächlich, warum eine proteinhungrige Fruchtfliege länger am Stück frisst als eine satte. Der Schaltplan scheint also seine erste Vorhersage bestanden zu haben – und könnte nun bereit für die nächsten sein.