Keine Hinweise auf Auswirkungen von Magnetfeldern auf das Verhalten von Drosophila

Nature Band 620, Seiten 595–599 (2023)Diesen Artikel zitieren

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Zugvögel haben die bemerkenswerte Fähigkeit, Richtungsinformationen aus dem Erdmagnetfeld zu extrahieren1,2. Der genaue Mechanismus dieses lichtabhängigen magnetischen Kompasssinns ist jedoch nicht vollständig geklärt. Die vielversprechendste Hypothese konzentriert sich auf die Quantenspindynamik vorübergehender Radikalpaare, die in Cryptochrom-Proteinen in der Netzhaut gebildet werden3,4,5. Frustrierend ist, dass viele der unterstützenden Beweise für diese Theorie Indizien sind, vor allem aufgrund der extremen Herausforderungen, die die genetische Veränderung von Wildvögeln mit sich bringt. Drosophila wurde daher als Modellorganismus rekrutiert, und mehrere einflussreiche Berichte über Kryptochrom-vermittelte Magnetfeldeffekte auf das Fliegenverhalten wurden weithin als Beleg für einen radikalpaarbasierten Mechanismus bei Vögeln interpretiert6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Hier berichten wir über die Ergebnisse einer umfangreichen Studie, in der Magnetfeldeffekte an 97.658 Fliegen getestet wurden, die sich in einem zweiarmigen Labyrinth bewegten, und an 10.960 Fliegen, die das als negative Geotaxis bekannte spontane Fluchtverhalten zeigten. Unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen und mit großen Probengrößen konnten wir keine Hinweise auf magnetempfindliches Verhalten bei Drosophila finden. Darüber hinaus gehen wir nach einer Neubewertung der statistischen Ansätze und Stichprobengrößen, die in den Studien verwendet wurden, die wir zu reproduzieren versuchten, davon aus, dass viele – wenn nicht alle – der ursprünglichen Ergebnisse falsch positiv waren. Unsere Ergebnisse werfen daher erhebliche Zweifel an der Existenz magnetischer Wahrnehmung bei Drosophila auf und deuten daher stark darauf hin, dass nachtwandernde Singvögel der Organismus der Wahl bleiben, um den Mechanismus der lichtabhängigen Magnetorezeption aufzuklären.

Der größte Teil unseres Wissens über die lichtabhängige Magnetorezeption stammt von nachtwandernden Singvögeln, die bei Tests während der Zugsaison in Orientierungskäfigen wie Emlen-Trichtern24,25,26 und im Freiflug27 hoch reproduzierbare Kompassreaktionen zeigen. Sie scheinen auch ihre Kompasspeilung für den Heimweg mit einem auf der magnetischen Neigung basierenden „Stoppschild“ zu kombinieren, um zu entscheiden, wo sie ihre Rückreise beenden wollen28. Die Arbeit mit solchen Vögeln ist eine Herausforderung, da sie nicht routinemäßig in Gefangenschaft gezüchtet werden können und viele moderne genetische Ansätze nicht anwendbar sind. Wir waren daher an Berichten interessiert, dass Drosophila magnetisch beeinflusstes Verhalten zeigt6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Auch wenn der evolutionäre Nutzen der Nutzung magnetischer Reize unklar ist, würde ein weitgehend reproduzierbares Verhaltensparadigma zum Testen der Magnetorezeption bei Drosophila die Suche nach den genauen Mechanismen, sensorischen Molekülen, genetischen Grundlagen und neuronalen Reaktionen auf magnetische Reize erheblich erleichtern. Es wäre viel schwieriger, den gleichen Wissens- und Erkenntnisstand nur mit nachtwandernden Singvögeln zu erreichen. Wir haben uns daher entschieden, zwei der veröffentlichten Drosophila-Verhaltenstests in unseren eigenen Labors durchzuführen.

Wir haben zuerst den T-förmigen Labyrinth-Assay mit binärer Auswahl von Gegear et al.6,7 und Foley et al.8 mit einer exakten Nachbildung des ursprünglichen Geräts ausprobiert und dabei die veröffentlichten Protokolle und zusätzlichen Informationen befolgt, die von den ursprünglichen Autoren bereitgestellt wurden (Extended Daten Abb. 1). In einem Arm des Labyrinths wurde ein Magnetfeld von etwa 500 µT angelegt und im anderen kein Magnetfeld, indem identische Ströme parallel bzw. antiparallel durch identische doppelt gewickelte Spulen geleitet wurden. Diese Anordnung stellt sicher, dass alle nichtmagnetischen Effekte, wie z. B. eine geringfügige Erwärmung, in beiden Armen gleich sind. Das Gerät befand sich zusammen mit weißen Streifenlichtern in einer Holzkiste, die in einer elektromagnetisch abgeschirmten Kammer (4,0 × 5,0 × 2,5 m3) in einem Holzgebäude untergebracht war, die Hintergrund-Hochfrequenzfelder um mindestens den Faktor 105 dämpfte (Ref. 29). Auf diese Weise wurden Fliegen, die in Gruppen von etwa 100 getestet wurden, dem von den Spulen erzeugten statischen Feld und/oder dem Erdmagnetfeld ausgesetzt, jedoch nicht hochfrequenten elektromagnetischen Feldern, die nachweislich die Nutzungsfähigkeit der Vögel beeinträchtigen Magnetkompass26,29,30.

In den ursprünglichen Studien6,7,8 wurde berichtet, dass „naive“ Fliegen, die zuvor noch nicht dem 500 µT-Magnetfeld ausgesetzt waren, dieses Feld im Labyrinth meiden, wohingegen „trainierte“ Fliegen, die darauf konditioniert wurden, eine Saccharose-Belohnung mit einem einzigen zu assoziieren Die Exposition gegenüber einem 500-µT-Feld bevorzugte den magnetischen Arm des Labyrinths. Wir haben den Stamm der Wildtyp-Canton-S-Fliegen (CS-OX) getestet, für den Gegear et al.6,7 und Foley et al.8 die stärksten magnetischen Reaktionen berichtet hatten, sowie einen anderen Canton-S-Stamm (CS- LE) aus einem anderen Labor, alle unter den gleichen Bedingungen wie die ursprünglichen Studien. In beiden Fällen sahen wir weder bei naiven noch bei trainierten Fliegen eine Bevorzugung oder Vermeidung des 500 μT-Magnetfelds (Abb. 1a, b). Im Gegensatz dazu konnten unsere Fliegen unter Verwendung ähnlicher Verfahren und Saccharose-Belohnungen leicht auf Gerüche konditioniert werden (Ergänzungsabbildung 4, Ergänzungstabelle 5 und Erweiterte Datenabbildung 2).

a–c, Präferenzindex, definiert als \({\rm{PI}}=2{P}_{{\rm{M}}}-1\), wobei PM der Anteil der Fliegen ist, die den magnetischen Arm von bevorzugten Das Labyrinth. In einem Arm des Labyrinths wurden Fliegen mit (exponiertem) und ohne (Schein-)Magnetfeld von etwa 500 µT getestet. Die trainierten und „naiv-1“-Daten wurden unter Verwendung der genauen Protokolle von Gegear et al.6 erhalten. Die „Naiv-2“-Daten wurden von Fliegen erhalten, die unter den gleichen Bedingungen wie die trainierten Fliegen getestet wurden, mit Ausnahme des Weglassens der Saccharose-Belohnung (Ergänzende Informationen). a, CS-OX fliegt. b, CS-LE fliegt. c, Gepoolte Daten für alle im T-Labyrinth getesteten Fliegen, einschließlich aller in den Zusatzinformationen beschriebenen Experimente. Die Gesamtzahl der getesteten Fliegen wird angezeigt. Für jede Bedingung in a und b wurden 50 unabhängige Sätze, jeweils etwa 100 Fliegen, in jeder Versuchsbedingung getestet. In keinem Fall zeigten Fliegen auch nur eine geringfügig signifikante (P < 0,1) Bevorzugung oder Vermeidung des Magnetfelds (Ergänzende Informationen). Boxplots zeigen den Median, die 25- und 75-%-Quartile sowie die Maximal- und Minimalwerte.

Da wir die ursprünglichen Ergebnisse nicht reproduzieren konnten, suchten wir nach alternativen experimentellen Bedingungen, unter denen Drosophila entweder eine spontane magnetische Präferenz oder eine magnetfeldbedingte Reaktion im T-Labyrinth zeigen könnte (ergänzende Methoden). Da beispielsweise nur wenige Berichte über Tiere vorliegen, die in der Lage sind, ein Magnetfeld mit einer Belohnung nach einmaliger Exposition zu assoziieren31, haben wir die Anzahl der Trainingseinheiten von einer auf vier erhöht. Wir haben auch wild gefangene Drosophila getestet. In beiden Fällen fanden wir keinen Magnetfeldeffekt (Ergänzungsabbildungen 2 und 3 und Ergänzungstabellen 2 und 3). Andere Variationen im Versuchsprotokoll (unterschiedliche Saccharosekonzentrationen, Fliegen unterschiedlichen Alters, unter natürlichem Licht aufgezogene Fliegen und ohne elektromagnetische Abschirmung getestete Fliegen (Ergänzungsabbildungen 2 und 3 und Ergänzungstabellen 2 und 3)) konnten ebenfalls keine magnetische Präferenz hervorrufen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir, nachdem wir über einen Zeitraum von 48 Monaten 984 Gruppen mit jeweils rund 100 Fliegen (insgesamt 97.658 Fliegen) getestet hatten, weder bei trainierten noch bei naiven Fliegen eine Präferenz für das Magnetfeld im T-Labyrinth oder eine Vermeidung desselben feststellen konnten (Abb. 1c).

Im Gegensatz zu den ursprünglichen T-Labyrinth-Experimenten6,7,8 wurden unsere Tests in einer völlig unmagnetischen Forschungsanlage durchgeführt, in der sowohl statische als auch zeitabhängige Magnetfelder sorgfältig kontrolliert wurden29. Wir haben auch eine viel größere Anzahl unabhängiger Replikate verwendet. Darüber hinaus waren unsere Experimentatoren in allen Experimenten blind für magnetische Bedingungen.

Angesichts der großen Streuung um den Nullpräferenzwert in den meisten unserer Magnetfeldexperimente fragten wir uns, ob die Magnetfeldeffekte in der Originalarbeit statistische Schwankungen widerspiegeln könnten, die bekanntermaßen falsch positive Ergebnisse hervorrufen und wahrscheinlich bei kleinen Stichprobengrößen auftreten (das „Fluch des Gewinners“32). Wir haben daher die statistische Analyse von Gegear et al.6 (ergänzende Abbildung 1 und ergänzende Tabelle 1) erneut bewertet und festgestellt, dass die Autoren ihre Daten analysiert hatten, indem sie implizit davon ausgingen, dass jede einzelne Fliege als echtes biologisches Replikat fungierte und ihre Wahl unabhängig davon traf die anderen (ungefähr) 100 fliegen im Labyrinth. Die Annahme der Unabhängigkeit ist entscheidend für die Anwendbarkeit des t-Tests auf Präferenzdaten, wird jedoch im Gruppentest verletzt, was zu einer Erhöhung der Signifikanz durch Pseudoreplikation führt. Durch die Anwendung des t-Tests erhielten die Autoren somit sehr hochsignifikante P-Werte für relativ kleine Unterschiede zwischen den Anteilen der Fliegen, die den magnetischen Arm des Labyrinths mieden oder bevorzugten. Als wir einen für Proportionsdaten geeigneten statistischen Rahmen verwendeten, stellten wir darüber hinaus fest, dass selbst für den größten scheinbaren Magnetfeldeffekt, der für diesen Test gemeldet wurde6,7,8, wie in Abb. 1b von Gegear et al.6 dargestellt (44,5 % naiv vs 58,5 % trainiert), betrug die erreichte statistische Aussagekraft nur etwa 10 % mit 10 bzw. 12 Fliegensätzen in jeder Gruppe. Dies bedeutet, dass bei solch kleinen Stichprobengrößen die Nullhypothese, dass kein Magnetfeldeffekt vorliegt, in mehr als 90 % dieser Fälle nicht verworfen werden konnte. Aus diesen Überlegungen in Kombination mit unseren eigenen Ergebnissen kommen wir zu dem Schluss, dass es sich bei den ursprünglich gemeldeten Magnetfeldeffekten um falsch positive Ergebnisse handelte (Ergänzungstabelle 4).

Da es uns nicht gelang, die berichteten T-Labyrinth-Ergebnisse6,7,8 zu reproduzieren, wandten wir uns einem spontanen Drosophila-Verhalten zu, das keine Konditionierung erforderte und für das ebenfalls über Magnetfeldeffekte berichtet wurde. In einer Untersuchung der angeborenen Fluchtreaktion, bekannt als negative Geotaxis, testeten Fedele et al.9 Gruppen von zehn Fliegen in Plastikröhren, die zwischen doppelt gewickelten Spulen platziert wurden, entweder „exponiert“ (ungefähr 500 µT angelegtes Feld) oder „scheinbar“ (Nr (Anwendungsbereich) Bedingungen. Unter schwachem blauem Licht wurde festgestellt, dass das Magnetfeld die Geschwindigkeit verringerte, mit der die Fliegen aufstiegen, nachdem sie auf den Boden einer Röhre geworfen wurden9.

Um Fedele et al.9 zu replizieren, haben wir denselben Drosophila-Stamm (CS-LE) getestet und das für die ursprüngliche Studie gebaute Gerät verwendet (Extended Data Abb. 3). Die Messungen wurden in den oben beschriebenen elektromagnetisch abgeschirmten Kammern29 von Experimentatoren durchgeführt, die für die Magnetfeldbedingungen blind waren. Die Fliegen wurden gefilmt und wie in der ursprünglichen Studie9 der Anteil aufgezeichnet, der in 15 s 15 cm hochstieg. Wir fanden keinen Unterschied zwischen Fliegen, die unter schwachem blauem Licht mit und ohne angelegtem Magnetfeld von 500 µT getestet wurden (Abb. 2). Ähnliche Ergebnisse wurden bei Verwendung eines 300-µT-Feldes und bei Wiederholung der Tests für einen anderen Drosophila-Stamm (CS-OX; Abb. 2) erzielt. Obwohl keine Magnetfeldeffekte festgestellt wurden, konnten wir die Positivkontrollbeobachtung von Fedele et al.9 reproduzieren, wonach Fliegen, die rotem Licht ausgesetzt waren, unabhängig vom Magnetfeld weniger schnell klettern als diejenigen, die unter blauem Licht getestet wurden (Abb. 2). ).

a,b, Prozentsätze der Fliegen (CS-OX, a; CS-LE, b), die in 15 s 15 cm hochgeklettert sind. Insgesamt wurden 150 Sätze zu je zehn Fliegen unter jeder Versuchsbedingung getestet. Im Vergleich zu Schein-Expositionsbedingungen ohne angelegtes Magnetfeld wurden weder bei 500 noch bei 300 µT Magnetfeld-Expositionen statistisch signifikante Unterschiede im Kletterverhalten festgestellt. Unter blauem Licht getestete Fliegen kletterten deutlich schneller als diejenigen, die unter rotem Licht getestet wurden (Ergänzende Informationen). Boxplots zeigen den Median, die 25- und 75-%-Quartile sowie die Maximal- und Minimalwerte.

Nach dem negativen Ergebnis des direkten Replikationsversuchs entschieden wir uns, eine verbesserte Version des ursprünglichen Experiments zu bauen und die Tests in einer magnetisch kontrollierteren Umgebung29 als die ursprünglichen Experimente durchzuführen. Der neue „Schwerkraft“-Apparat bestand aus drei durchsichtigen Kunststoffröhren mit jeweils zehn Fliegen, die an einem Ständer festgeklemmt waren und, wenn sie vertikal angehoben und losgelassen wurden, dazu führten, dass die Fliegen auf den Boden der Röhren geschleudert wurden (Extended Data Abb. 4 und 5). Dieses Gerät wurde in der Mitte eines doppelt umwickelten, dreidimensionalen Merritt-Vierspulensystems (2 × 2 × 2 m3)33 in einer unserer elektromagnetisch abgeschirmten Kammern29 platziert (Abb. 3a). Bewegungen der Fliegen in den Röhren wurden gefilmt und automatisch verfolgt (Extended Data Abb. 6 und 7).

a, Schematische Darstellung des Geräts. Ein Desktop-Computer (1), der sich außerhalb der abgeschirmten Kammer befand, steuerte die Netzteile (2), die Schaltbox (3) und das doppelt umwickelte dreidimensionale Merritt-Vierspulensystem (4). Aus Gründen der optischen Klarheit wurden große Teile der 12 Spulen weggelassen; Ein Foto der Kammer und der Spulen finden Sie in Lit. 29. Röhren mit den Fliegen (5) wurden in der Mitte der Spulen platziert. Temperatur-, Licht- und Magnetfeldsensoren (6) überwachten die Experimente kontinuierlich. Diese Sensoren waren mit einem Laptop (7) verbunden, der auch die Videokamera (8) steuerte. Die Fliegen wurden über eine Reihe von LEDs (9) mit UV-blauem, blauem oder rotem Licht beleuchtet. Ein zweites LED-Array (10) erzeugte Infrarotlicht zum Filmen. b, Kletterverhalten von CS-LE-Fliegen unter blauem Licht (410–490 nm), zeigt die Zeitabhängigkeit des Anteils der Fliegen, die 15 cm erreichen, wenn sie einem 300 µT-Magnetfeld ausgesetzt werden, im Vergleich zu Schein-Expositionsbedingungen ohne angelegtes Magnetfeld. Die Daten werden als Mittelwert (dicke Linien) und als Mittelwert ± Konfidenzintervall (dünne Linien) für Anteilsdaten angezeigt. Die graue gestrichelte Linie zeigt den Anteil der Fliegen an, die in 15 s 15 cm hochklettern können. c, Durchschnittliche von Fliegen erklommene Höhe als Funktion der Zeit (gleiche Bedingungen wie b). Die Daten werden als Mittelwert (dicke Linien) und Mittelwert ± Standardabweichung (dünne Linien) angezeigt. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen Schein- (0 μT) und exponierten (300 μT) Bedingungen festgestellt. b,c, Daten für 15 Gruppen von zehn Fliegen in jedem Zustand (exponiert und Schein).

Wir verwendeten die gleiche Canton-S-Linie wie in der ursprünglichen Studie (CS-LE) und führten die Tests unter schwachem blauem Licht (410–490 nm) und einem Magnetfeld von 300 µT durch. Zusätzliche Experimente wurden mit Magnetfeldern von 0, 90 und 220 µT durchgeführt, jedes mit seiner eigenen Scheinexposition (Ergänzungsabbildung 7 und Ergänzungstabelle 9). Diese zusätzlichen Experimente wurden durch einen Bericht über magnetische Effekte auf die Geotaxis bei Fliegen motiviert, die in schwächeren Feldern getestet wurden als die von Fedele et al.9. Um das Kletterverhalten zu bewerten, übernahmen wir zunächst das ursprüngliche Kriterium9 und bestimmten den Prozentsatz der Fliegen, die 15 cm kletterten S. Wir fanden heraus, dass sich der Prozentsatz der „Kletterer“ bei keiner der untersuchten Magnetfeldstärken signifikant zwischen feld- und scheinexponierten Gruppen unterschied (Abb. 3b) (ergänzende Abb. 7). Wir stellten außerdem fest, dass solche binären Kategorisierungen (Kletterer versus Nicht-Kletterer), die auf etwas willkürlichen Cutoff-Kriterien (minimale Höhe, maximale Zeit) basieren, nicht robust waren, sondern zu einer großen Streuung innerhalb beider Gruppen führten, einfach weil die beobachteten zurückgelegten Distanzen nicht übereinstimmen eine bimodale Verteilung – also Kletterer und Nichtkletterer (ergänzende Abbildung 5). Um sicherzustellen, dass wir keinen Magnetfeldeffekt übersehen hatten, analysierten wir daher die durchschnittlichen Positionen der Fliegen über die Zeit (Abb. 3c und ergänzende Abb. 6), fanden jedoch erneut keine Hinweise auf einen Magnetfeldeffekt auf die negative Geotaxis.

Andere Studien haben berichtet, dass Fliegen auch magnetisch empfindlich sind, wenn sie kürzeren Lichtwellenlängen ausgesetzt werden6,18. Wir haben daher Fliegen mit ultraviolett (UV)-blauen Leuchtdioden (LEDs; 380–450 nm) getestet, konnten jedoch keine Auswirkungen von Magnetfeldern mit 0, 90, 220 oder 300 µT feststellen (ergänzende Abbildung 8, ergänzende Tabelle 9 und erweiterte Daten). Abb. 5). In einem Versuch, die Umgebung der Labore nachzubilden, in denen die ursprünglichen Experimente durchgeführt wurden, führten wir die Hintergrund-Hochfrequenzfelder wieder ein, die in unserer elektromagnetisch abgeschirmten Kammer fehlten. Auch hier wurde kein Magnetfeldeffekt festgestellt (Ergänzungsabbildung 9 und Ergänzungstabelle 9). Alle oben genannten Tests wurden mit einer anderen Canton-S-Linie (CS-OX; ergänzende Abbildungen 10–12 und ergänzende Tabelle 10) wiederholt. Zusammenfassend konnten wir keinen statistisch signifikanten Magnetfeldeffekt auf die negative Geotaxis von Drosophila feststellen (Ergänzungstabellen 6–8).

Um schließlich robuste Kletterdaten zu erhalten, die möglicherweise nicht durch Gruppeneffekte verfälscht wurden, haben wir den Geotaxis-Assay neu gestaltet, um die Überwachung einzelner Fliegen anstelle von Zehnergruppen zu ermöglichen, sodass einzelne Flugbahnen aufgezeichnet und analysiert werden konnten. Inspiriert durch das FlyVac-Gerät von Kain et al.34 nutzten wir eine kurze Reduzierung des Luftdrucks, um jede Fliege auf den Boden ihrer Röhre zu ziehen und filmten dann ihren anschließenden Aufstieg (Abb. 4a und Extended Data Abb. 8). Die Messungen wurden vollständig automatisiert und wiederum blind durchgeführt, um mögliche Verzerrungen zu vermeiden. Fliegen wurden in Magnetfeldern von 0, 90, 220 und 300 µT mit einer gleichen Anzahl von Scheinkontrollen getestet, wobei dieselben Merritt-Spulen in derselben abgeschirmten Kammer wie zuvor verwendet wurden, wobei die Bewegung jeder einzelnen Fliege in fünf separaten Versuchen verfolgt wurde (Erweiterte Daten). Abb. 9).

a, Schematische Darstellung des Geräts, in dem CS-LE-Fliegen einzeln getestet wurden. Fliegen wurden einem Vakuumimpuls ausgesetzt, der sie auf den Boden der Röhren zog, woraufhin sie begannen aufzusteigen. Pfeile stellen die Wirkung des Vakuumimpulses dar. b: Die Bewegungen einzelner Fliegen wurden verfolgt und als mittlere zurückgelegte Distanz als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Dicke Linien stellen das mittlere Verhalten von 53 Fliegen unter Scheinbedingungen und 49 Fliegen in einem 300 µT-Magnetfeld dar, alle in Gegenwart von blauem Licht (410–490 nm). Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen Expositions- und Scheinbedingungen: Varianzanalyse (ANOVA) des linearen gemischten Effekts (LME), P = 0,9968. c, Positivkontrolle für Lichtexposition; 308 Fliegen wurden unter UV-Blaulicht (380–450 nm), 208 Fliegen unter Blaulicht und 199 Fliegen unter Rotlicht (580–660 nm) getestet. Im Durchschnitt kletterten Fliegen, die UV-blauem und blauem Licht ausgesetzt waren, schneller als solche unter rotem Licht: ANOVA von LME, P < 0,0001; UV-Blau versus Rot, P < 0,0001; Blau versus Rot, P < 0,0001. d, Positivkontrolle für negative Geotaxis; 208 Canton-S- und 82 pdf01-Fliegen wurden unter blauem Licht getestet. Im Durchschnitt stiegen Canton-S-Fliegen schneller als pdf01-Fliegen: ANOVA von LME, P < 0,0001. b–d, Daten werden als Mittelwert (dicke Linien) und Mittelwert ± SD (dünne Linien) angezeigt.

Wir haben einzelne Fliegen unter UV-blauem (380–450 nm), blauem (410–490 nm) und rotem (580–660 nm) Licht getestet und Wildtypfliegen mit einer Mutante, pdf01, verglichen, von der bekannt ist, dass sie eine negative Geotaxis aufweist Mangel35,36. Wie erwartet stiegen Canton-S-Fliegen (CS-LE) unter UV-blauem und blauem Licht schneller als unter rotem Licht und schneller als pdf01-Fliegen unter blauem Licht (Abb. 4c, d). Obwohl diese Positivkontrollexperimente zu ähnlichen Ergebnissen wie die ursprüngliche Studie führten, stellten wir nach dem individuellen Testen von 1.960 Fliegen keinen Magnetfeldeffekt fest, unabhängig vom Drosophila-Stamm, der Wellenlänge oder der Magnetfeldintensität (Abb. 4b, ergänzende Abbildungen 13–15 und ergänzende Abbildungen). Tabelle 11). Im Gegensatz zu den ursprünglichen Experimenten von Fedele et al.9 wurden unsere Experimente in einer völlig unmagnetischen Forschungsanlage29 durchgeführt, in der sowohl statische als auch zeitabhängige Magnetfelder sorgfältig kontrolliert werden konnten (Extended Data Abb. 10), mit viel größeren Probengrößen und alle Experimente sorgfältig verblindet.

Obwohl in vitro Auswirkungen eines Millitesla-Magnetfelds auf gereinigtes Drosophila-Cryptochrom beobachtet wurden37, ist die magnetische Empfindlichkeit eines Proteins kein ausreichender Beweis für die magnetische Wahrnehmung im gesamten Organismus. Um dies zu demonstrieren, wäre ein weithin reproduzierbarer Test erforderlich, der magnetisch gesteuertes Verhalten zeigt – insbesondere, weil Drosophila keinen offensichtlichen Bedarf an einem Magnetkompass hat, da es sich weder um einen echten Wanderer noch um einen Sammler zentraler Orte handelt38. Obwohl Drosophila eine weiträumige, windunterstützte Ausbreitung durchführt, gibt es keine überzeugenden Beweise dafür, dass sie regelmäßige, saisonal umgekehrte, weiträumige Wanderungen in bestimmte Himmelsrichtungen durchführt39,40.

Nachdem wir über einen Zeitraum von 6 Jahren insgesamt 108.609 Drosophila verschiedener Stämme unter äußerst sorgfältig kontrollierten Bedingungen getestet, klare Ergebnisse in den Positivkontrollexperimenten gesehen und robuste statistische Analysen durchgeführt haben, kommen wir zu dem Schluss, dass (1) Drosophila keine naive Präferenz hat für oder gegen ein Magnetfeld und kann nicht trainiert werden, eine Saccharose-Belohnung mit einem Magnetfeld zu verknüpfen, indem die Protokolle von Gegear et al.6,7 und Foley et al.8 verwendet werden; und (2) dass die negative Geotaxis von Drosophila nicht durch externe Magnetfelder beeinflusst wird, wenn das Protokoll von Fedele et al.9 verwendet wird. Wir sind uns bewusst, dass es andere Berichte über Magnetfeldeffekte auf das Verhalten von Drosophila gibt, die wir nicht zu reproduzieren versucht haben (z. B , Ref. 10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23). Allerdings (1) weisen diese Studien Merkmale von Gegear et al.6,7, Foley et al.8 und Fedele et al.9 auf; (2) sie umfassten viel kleinere Stichprobengrößen als die hier verwendeten; und (3) die statischen und zeitabhängigen magnetischen Umgebungen wurden nicht so sorgfältig kontrolliert wie in unseren Experimenten. In Anbetracht unserer groß angelegten Replikationsbemühungen bezweifeln wir ernsthaft, dass Drosophila überhaupt erdnahe Magnetfelder (unter 500 μT) wahrnehmen kann, und weisen daher stark darauf hin, dass nachtwandernde Singvögel weiterhin der Organismus der Wahl für die Aufklärung des Mechanismus der Licht- und Lichtstrahlung sind. abhängige Magnetorezeption.

Alle Experimente wurden in einer der Kammern des elektromagnetisch abgeschirmten Labors der Universität Oldenburg durchgeführt (ausführlich beschrieben in Lit. 29). Das Gebäude wurde aus nichtmagnetischen Materialien gebaut und jeder der drei Räume war einzeln elektromagnetisch abgeschirmt (S101, ETS Lindgren) mit Dämpfungsfaktoren von 105 bei 10 kHz und besser als 106 bei Frequenzen über 150 kHz. Das Erdmagnetfeld durchdringt die Aluminiumabschirmung unverzerrt.

Drosophila-Bestände wurden in Kulturfläschchen mit Standardmais gezüchtet. Die Genotypen der getesteten Fliegen waren Canton-S (bezeichnet als CS-OX), w;Canton-S (bezeichnet als CS-LE), pdf01, Canton-S M, w1118 und w1118GR. Die CS-OX-Linie wurde von S. Waddell (Centre for Neural Circuits and Behaviour, University of Oxford, UK) bereitgestellt; CS-LE und pdf01 von CP Kyriacou (Abteilung für Genetik, Universität Leicester, UK); und Canton-S M, w1118 und w1118GR von EMC Skoulakis (Biomedical Sciences Research Center Alexander Fleming, Vari, Griechenland).

Die Fläschchen wurden bei 25 °C in Inkubatoren aufbewahrt, in denen ein 12/12-Stunden-Hell/Dunkel-Regime aufrechterhalten wurde. Um 08.00 Uhr wurde das Licht eingeschaltet. Die Experimente wurden bei 25 °C durchgeführt.

Das Binary-Choice-T-Labyrinth war eine exakte Nachbildung des von Gegear et al.6 verwendeten Labyrinths und wurde nach einem von SM Reppert (University of Massachusetts Medical School, USA) bereitgestellten Bauplan vollständig aus nichtmagnetischen Materialien hergestellt. Das Gerät bestand aus zwei doppelt gewickelten Magnetfeldspulen (100 mm Durchmesser) und einer Poly(methylmethacrylat)-Konstruktion, die einen Aufzug zum Transport der Fliegen zwischen den Trainings- und Teströhren enthielt. Die Röhrchen bestanden aus Polystyrol (100 mm Länge, 14 mm Innendurchmesser, 16 mm Außendurchmesser) mit abgerundeten Böden. Dieses Gerät könnte entweder so platziert werden, dass das Trainingsrohr auf eine der Spulen zeigt, oder mit einem Testrohr in jeder Spule, sodass die Fliegen während der Trainings- und Testphase des Experiments den gleichen Licht- und Magnetreizen ausgesetzt werden können. Der T-Labyrinth-Apparat und die Spulen wurden in einer Holzkiste platziert, deren Innenwände schwarz gestrichen waren, um visuelle Hinweise zu minimieren. Der Kasten wurde von zwei Streifenlichtern beleuchtet, einem Zoo Med Reptisun 10.0 UVB, 18 W und einem JBL FullspectrumNatur, 18 W. Die Lichter wurden direkt über dem T-Labyrinth-Gerät, 44 cm von den Röhren entfernt, positioniert. Die Experimente wurden entweder unter exponierten Bedingungen (Ströme fließen parallel durch eine Spule und antiparallel in der anderen) oder Scheinbedingungen (kein Strom in einer Spule) durchgeführt. Ein Foto des Aufbaus ist in Extended Data Abb. 1 dargestellt.

Das experimentelle Verfahren folgte dem von Gegear et al.6. Es bestand aus drei 2-minütigen Phasen – Akklimatisierung, Training und Test – mit einer Pause von 1 Minute dazwischen. Die Akklimatisierungsphase ermöglichte es den Fliegen, sich mit dem Gerät vertraut zu machen. Ungefähr 100 Fliegen wurden in ein leeres Rohr geladen, das am Gerät befestigt war, wobei das Rohr auf eine der Spulen zeigte, in der kein Strom floss. Nach 2-minütiger Akklimatisierung wurden die Fliegen in den Aufzug überführt und dort 1 Minute lang gehalten.

Das Akklimatisierungsröhrchen wurde durch ein Trainingsröhrchen ersetzt, das die Saccharoseverstärkung enthielt. Während der Trainingsphase konnten die Fliegen zwei Minuten lang fressen, während sie am Ende des Röhrchens einem Magnetfeld mit einer Intensität von etwa 500 µT ausgesetzt waren. Anschließend wurden die Fliegen vorsichtig zurück in den Aufzug gebracht und dort eine Minute lang festgehalten. Anschließend wurden die Spulen abgeschaltet, so dass die Fliegen nur noch dem Erdmagnetfeld ausgesetzt waren. Während dieser Zeit wurde die Trainingsröhre entfernt und zwei leere Röhren am Aufzug befestigt, wodurch das T-Labyrinth für die Testperiode entstand.

In der Testphase hatten die Fliegen die Wahl zwischen zwei Röhren, von denen eine ein Magnetfeld von etwa 500 µT bereitstellte. Der Aufzugsschieber wurde geöffnet und gleichzeitig das Magnetfeld eingeschaltet. Nach 2 Minuten wurde das T-Labyrinth durch Umdrehen des Schiebers blockiert, sodass die Fliegen in jedem Röhrchen gezählt werden konnten. Wie in der ursprünglichen Studie6 berichtet, wurden die naiven Fliegen mit einem anderen Protokoll getestet (naiv-1 in Abb. 1). Ein Satz von etwa 100 Fliegen wurde direkt in den Aufzugsbereich der horizontal platzierten Auswahlkammer geladen und das Magnetfeld eingeschaltet. Nach 1 Minute wurden die Fliegen in den T-Port überführt und dort weitere 2 Minuten gehalten. Zusätzlich testeten wir die Fliegen noch einmal im naiven Zustand, nur folgten wir dieses Mal genau dem gleichen Protokoll wie die trainierten Fliegen, mit der Ausnahme, dass das Trainingsröhrchen ein Stück Whatman-Filterpapier, aber keine Saccharose enthielt (naiv-2 in Abb. 1). .

Es wurden männliche und weibliche Fliegen verwendet, die bis zu 5 Tage alt waren. Die Fliegen wurden vor dem Test 22 Stunden lang ausgehungert und in den Fläschchen mit einer 1%igen Agarlösung versorgt. Die Belohnung bestand aus einem getrockneten Whatman-Filterpapier, das zuvor in einer gesättigten Saccharoselösung getränkt wurde.

Alle Experimente wurden durchgeführt, wobei der Experimentator gegenüber den magnetischen Bedingungen blind war (exponiert versus Schein- und Magnetfeld im linken versus rechten Arm des Labyrinths).

Als Positivkontrolle testeten wir die Fähigkeit der Fliegen, einen Geruch (Octan-3-ol (OCT) oder 4-Methylcyclohexanol (MCH)) mit der Saccharose-Belohnung zu assoziieren, wobei wir Protokolle verwendeten, die denen in den magnetischen Konditionierungsexperimenten ähnelten.

Insgesamt 100–150 bis zu 5 Tage alte Fliegen wurden 18–24 Stunden lang in einem Fläschchen mit einer Schicht 1 % Agar und einem Stück getrocknetem Filterpapier ausgehungert. OCT und MCH wurden 1:1.000 in Mineralöl verdünnt. Die Saccharose-Belohnung war eine 2 g ml-1 Saccharoselösung, die über Nacht auf einem Filterpapier getrocknet wurde, sodass eine gleichmäßige Schicht aus kristallisiertem Zucker entstand.

In unserem Training zur Unterscheidung zweier Gerüche erhielten Fliegen die Möglichkeit, sich von der Saccharoselösung (unkonditionierter Reiz) in Verbindung mit dem Geruch zu ernähren, der zum verstärkten konditionierten Reiz (CS+) werden sollte, während der andere Geruch mit einem leeren Stück gepaart wurde aus Filterpapier, sollte ein unverstärkter Stimulus (CS−) werden. Im Detail wurden die Fliegen zunächst 2 Minuten lang dem CS−-Geruch ausgesetzt, der mit einem trockenen Filterpapier präsentiert wurde, gefolgt von einer 30-sekündigen Pause, dann wurden sie in ein anderes Röhrchen mit einem mit getrocknetem Zucker imprägnierten Filterpapier überführt und dem CS+-Geruch präsentiert 2 Minuten. Nach diesem Training wurden sie in einem Aufzug zum Auswahlpunkt im T-Labyrinth transportiert, wo sie zwei Minuten Zeit hatten, zwischen den beiden während des Trainings präsentierten Düften zu wählen. In jeden Arm wurde ein anderer Geruch (OCT versus MCH) gepumpt. Wenn die Fliegen gelernt hätten, den CS+-Geruch mit der Saccharose-Belohnung zu assoziieren, würden sie den Arm mit diesem präsentierten Geruch wählen. Für jedes Experiment wurden zwei T-Labyrinthe gleichzeitig durchgeführt. In einem Fall wurden die Fliegen darauf trainiert, OCT mit der Saccharose-Belohnung zu verknüpfen, im anderen Fall mit MCH (Extended Data Abb. 2). Nach jedem Experiment wird der CS+-Geruch in jedem T-Labyrinth gewechselt (d. h. wenn in der linken Maschine der CS+ OCT war, wurde er in der Wiederholung durch MCH ersetzt und umgekehrt).

Diese Experimente wurden von M. Bassetto im Labor von S. Waddell (Centre for Neural Circuits and Behaviour, Universität Oxford) durchgeführt. Wir sind ihm und den Mitgliedern seiner Forschungsgruppe für Rat und Anleitung sehr dankbar.

Alle statistischen Analysen wurden in R (https://www.r-project.org/) durchgeführt. Wir haben die T-Labyrinth-Binary-Choice-Daten nach dem von Gegear et al.6 beschriebenen Verfahren ausgewertet. Für jeden Satz Fliegen (jeweils etwa 100) wurde ein Präferenzindex (PI = 14PM – 1) berechnet, wobei PM der Anteil der Fliegen ist im Arm des Labyrinths mit dem Magnetfeld. Zunächst analysierten wir die Daten mit dem in Gegear et al.6 beschriebenen Ansatz (t-Test und ANOVA). Anschließend haben wir die Daten erneut analysiert, indem wir ein allgemeines lineares Modell mit binomialer Fehlerstruktur angewendet haben, die für proportionale Daten geeignet ist41. Die Cohen-Effektgröße h wurde berechnet, um die Stichprobengröße abzuschätzen, die erforderlich ist, um die Signifikanzschwelle von P < 0,05 für eine gegebene Effektgröße zu erreichen. Einzelheiten zu den verwendeten Analysen finden Sie in den Zusatzinformationen 1.1.

Der von Fedele et al.9 verwendete Originalapparat wurde von CP Kyriacou zur Verfügung gestellt. Es bestand aus einem Aluminiumkasten, der zwei doppelt gewickelte Spulen mit 50 Windungen enthielt, von denen jede ein Magnetfeld von etwa 300 oder 500 µT erzeugen konnte. Die Fliegen wurden mithilfe eines „Swinger-Apparats“ auf den Boden von Plastikfläschchen geschleudert, was sicherstellte, dass die Fläschchen gleichzeitig und mit gleicher Kraft bewegt wurden. Die Experimente wurden mit einer Infrarotkamera (Logitech) gefilmt. Die Fliegen wurden entweder unter schwachem blauem oder rotem Licht getestet, das von LED-Streifen erzeugt wurde. Die Lichter hatten eine Intensität von 0,25 μW cm−2, gemessen auf der Röhrenoberfläche (Extended Data Abb. 3).

Zehn 2–3 Tage alte Fliegen wurden in Plastikfläschchen geladen, die in den Swinger-Apparat gestellt wurden. Drei Fläschchen wurden gleichzeitig getestet. Die Fliegen wurden auf den Boden der Fläschchen geschleudert und diejenigen, die in 15 s eine Höhe von 15 cm erreichen konnten, galten als Kletterer. Jedes Röhrchen wurde zehnmal getestet, mit einem Abstand von 30 Sekunden zwischen den Wiederholungen. Nach den ersten fünf Versuchen ließ man die Fliegen 15 Minuten lang ruhen, danach wurden sie fünf weitere Male getestet. Die Reihenfolge, in der Schein- und Expositionsbedingungen getestet wurden, wurde randomisiert. Im Scheinzustand flossen antiparallele Ströme in beiden doppelt gewickelten Spulen.

Die negative Geotaxis wurde auch mit einer Versuchsanordnung untersucht, die der von Fedele et al.9 ähnelte. Wie in Abb. 4 der erweiterten Daten gezeigt, wurden drei zylindrische Poly(methylmethacrylat)-Röhren (Länge 200 mm, Innendurchmesser 20 mm, Außendurchmesser 25 mm) verwendet ) wurden auf einem Träger aus nichtmagnetischen Materialien montiert. Die Stütze konnte mithilfe eines Griffs manuell um 6 cm angehoben und dann losgelassen werden, um die Fliegen auf den Boden der Röhren zu werfen. Eine dünne Gummischicht unter den Rohren fungierte als Stoßdämpfer und reduzierte den Rückstoß. Das Gerät bestand vollständig aus Delrin und Poly(methylmethacrylat), um jegliche Verzerrung des angelegten Magnetfelds zu vermeiden. Es wurde in der mechanischen Werkstatt der Fakultät für Chemie der Universität Oxford gebaut.

Die Wellenlängenabhängigkeit der Kletterfähigkeit der Fliegen wurde untersucht, indem die Röhren mit einem von drei speziell entwickelten LED-Arrays gleichmäßig beleuchtet wurden: UV-blau (380–450 nm, LHUV-0405-0600 Ultraviolet LUXEON Z LED), blau (410–490 nm, LXZ1-PR01 Königsblaue LUXEON Z-LED) oder Rot (580–660 nm, LXZ1-PD02 Rote LUXEON Z-LED). Jede Array-Platte hatte 20 LEDs, die 45 mm voneinander entfernt waren. Die Arrays wurden in der Elektronikwerkstatt des Department of Chemistry der Universität Oxford gebaut. Die LED-Platten wurden über ein Netzteil (Manson SPS 9400) mit Gleichstrom versorgt. Die spektralen Verteilungen der drei Diodentypen im Bereich 300–700 nm wurden mit einem Maya2000 Pro-Spektrometer (Ocean Optics) mit einer Integrationszeit von 100 ms gemessen. Sowohl vor als auch hinter den Röhren wurden Messungen durchgeführt, um die unterschiedliche Absorption bei verschiedenen Wellenlängen zu überprüfen. Abgesehen von einer geringfügigen wellenlängenunabhängigen Dämpfung, die wahrscheinlich auf Lichtstreuung zurückzuführen ist, wurde kein Unterschied festgestellt. Das auf die Röhren einfallende Licht betrug etwa 0,25 µW cm−2 und war daher mit dem von Fedele et al.9 verwendeten Licht vergleichbar (Extended Data Abb. 5).

Die Fliegen wurden mit einer Infrarot-Videokamera (Thorlabs DCC1645C) mit zehn Bildern s−1 gefilmt. Ein Infrarotfilter (Schott RG 780-Filter, 50 × 50 mm2) wurde vor der Kamera positioniert und die Röhren wurden mit einer speziell angefertigten Platte aus Infrarot-LEDs (850 nm oder höher; L1IZ-0850000000000 Infrarot-LUXEON-IR-LED) hinterleuchtet. Die LED-Platte hatte 20 LEDs, die 45 mm voneinander entfernt waren. In den Videos erschienen die Fliegen schwarz vor weißem Hintergrund.

Als weitere Steuerung haben wir einen Magnetsensor (SparkFun Triple Axis Magnetometer Breakout HMC588L), einen Lichtsensor (Adafruit TSL2591 High Dynamic Range Digital Light Sensor) und einen Temperatursensor (Maxim Integrated DS18B20) verbaut. Diese wurden von einem Arduino-basierten Datenerfassungssystem gesteuert, wobei die Arduino-Platine in einem elektrisch abgeschirmten Gehäuse untergebracht war. Die Sensoren wurden auf einem Poly(methylmethacrylat)-Würfel platziert, der sich in der Nähe der Röhren befand, gerade außerhalb des Sichtfelds der Kamera. Bei Verhaltensexperimenten führten die drei Sensoren eine Abtastfrequenz von 1 Hz durch, um die Konstanz der Umgebungsbedingungen zu überprüfen und Rückmeldung über die ordnungsgemäße Funktion der Magnetfeld-Expositionsausrüstung zu geben, ohne dem Experimentator die Expositionsbedingungen anzuzeigen. Der Schwerkraftaufbau, die LED-Panels und die Sensoren wurden ebenfalls im doppelt umwickelten, dreidimensionalen Merritt-Vierspulensystem platziert.

Ein LabVIEW-Programm ermöglichte die Steuerung der Kamera und Sensoren. Die vom Magnetfeldsensor aufgezeichneten Informationen wurden verschlüsselt und erst nach Abschluss der Datenanalyse angezeigt. Auf diese Weise war der Experimentator für die Magnetfeldbedingungen blind. Ein in MATLAB programmierter Übertragungssteuerungsprotokoll-/Internetprotokollserver wurde verwendet, um die Datenerfassung auf dem Laptop (im abgeschirmten Raum) mit dem Desktop-Computer (außerhalb des Raums) zu synchronisieren, der die Merritt-Spulen steuerte. Die Synchronisierung wurde unabhängig anhand des vom HMC588L-Sensor registrierten Magnetfelds überprüft. Somit waren die Belichtungseinstellungen, obwohl für den Experimentator verborgen, jederzeit nachvollziehbar. Eine schematische Darstellung des Aufbaus ist in Abb. 3a dargestellt.

Zehn Fliegen wurden vorsichtig in jedes der drei Röhrchen geladen und mindestens 5 Minuten lang ruhen gelassen, bevor die Röhrchen an der Halterung festgeklemmt wurden. Nach einer 5-minütigen Pause wurden die Fliegen 120 Sekunden lang dem Licht und dem magnetischen Reiz ausgesetzt. In jedem Experiment wurde die Stütze fünfmal schnell hintereinander angehoben und losgelassen, um die Fliegen auf den Boden der Röhren zu werfen, woraufhin sie gefilmt wurden. Dies wurde viermal im Abstand von 30 Sekunden wiederholt, sodass sich insgesamt fünf Versuche ergaben. Nach jedem Satz von fünf Messungen wurden die Röhrchen mit 70 %iger Ethanollösung gewaschen. Jede Fliegengruppe wurde unter einer einzigen magnetischen Bedingung getestet, entweder vorgetäuscht oder exponiert, abhängig von der Richtung der Ströme durch die Wicklungen der Merritt-Spulen.

Es wurden nur männliche Fliegen (1–3 Tage alt) getestet. Diese wurden mindestens 24 Stunden vor den Experimenten nach Anästhesierung auf Eis gesammelt und bis zum Testzeitpunkt in Inkubatoren aufbewahrt. Die Tests wurden zwischen 13.00 und 17.00 Uhr durchgeführt. Es wurden vier Magnetfeldstärken verwendet: 0, 90, 220 und 300 µT. Für jedes Magnetfeld wurde ein Scheintest durchgeführt (mit antiparallelen Strömen durch die Spulenwicklungen). Eine einzige Versuchsreihe umfasste daher acht separate magnetische Bedingungen. Jede Versuchsreihe wurde fünfmal wiederholt, was eine Gesamtprobengröße von 15 unabhängigen biologischen Replikaten pro Bedingung ergab. In jeder Versuchsreihe wurde die Reihenfolge der Schein- und Expositionsbedingungen randomisiert und geblendet, so dass es für den Experimentator unmöglich war, die Magnetfeldbedingungen zu kennen, denen die Fliegen ausgesetzt waren.

Jedes Experiment wurde mit einer Auflösung von 1.280 × 1.024 Pixel aufgezeichnet und die Videos analysiert und verfolgt. Alle Videos wurden zunächst mit Fiji (http://fiji.sc/Fiji; Ref. 42) bearbeitet, um kontrastreiche Bilder zu erstellen, auf denen die Fliegen in den Röhren leichter zu erkennen waren. Wir haben das Gamma korrigiert (Wert 0,45) und das Bild geschärft (unscharfer Maskenradius Sigma 1,0; Maskengewicht 0,93).

Die Fliegen in den Röhren wurden mithilfe eines MATLAB-Skripts verfolgt, um ihre Positionen in jedem Bild aufzuzeichnen. Dazu wurde aus der gesamten Aufnahme ein repräsentatives Hintergrundbild (also ein Standbild der Belichtungsapparatur ohne Fliegen) berechnet. Dies wurde in einem zweistufigen Verfahren realisiert. Im ersten Schritt wurde der arithmetische Mittelwert aller aufgenommenen Frames berechnet. In einer zweiten Iteration wurde für jedes Pixel einzeln ein verfeinerter Hintergrundwert berechnet, indem nur die Frames berücksichtigt wurden, bei denen die Pixelintensität nicht um mehr als 20 % unter dem Durchschnitt der ersten Iteration lag (vermutlich aufgrund der Anwesenheit einer Fliege). . Pixel mit Beiträgen von weniger Bildern, als der Gesamtlänge der Aufnahme entsprachen, wurden als nicht zuverlässig angesehen. Stattdessen wurden diese Pixel aus benachbarten Pixeln basierend auf dem gleitenden Durchschnitt mit einer Fenstergröße von zehn Pixeln aufgefüllt. Das so erhaltene Bild wurde mit einer zweidimensionalen Gaußschen Funktion mit Standardabweichungen von einem Pixel gefaltet, um eine originalgetreue und geglättete Darstellung des Hintergrunds zu erhalten – die Szene ohne Fliegen. Für das Tracking wurde die Intensität jedes Bildes linear skaliert, um dem Hintergrundbild in mehreren für die Fliegen unzugänglichen Bereichen – zwischen den Röhren – zu entsprechen. Das skalierte Bild wurde dann vom Hintergrund abgezogen, um eine Rohdarstellung der sich bewegenden Fliegen als helle Pixel vor einem dunklen Hintergrund zu erhalten. Dieses Rohbild wurde einer morphologischen Öffnung unterzogen, wobei eine Scheibe von vergleichbarer Größe wie die Fliegen als strukturierendes Element verwendet wurde. Die Abmessungen der Scheibe wurden wie folgt abgegrenzt: Hauptachsenbereich zwischen vier und 20 Pixel, Nebenachse zwischen drei und 20 Pixel, Oberfläche der Scheibe zwischen acht und 200 Pixel. Die Binarisierung mit einem geeigneten Schwellenwert und die anschließende Entfernung kleiner verbundener Regionen ergab eine Darstellung von Fliegen als weiße Regionen vor einem schwarzen Hintergrund. Der Schwerpunkt, die Fläche sowie die großen und kleinen Halbachsen dieser Regionen wurden berechnet. Vorausgesetzt, dass die geometrischen Maße dem erwarteten Bereich entsprachen, wurde der Schwerpunkt für weitere Analysen aufgezeichnet. Regionen, die diese Kriterien nicht erfüllten, wurden nicht berücksichtigt (Extended Data Abb. 6).

Um die Zuverlässigkeit des Tracking-Programms im Schwerkraftapparat-Assay zu überprüfen, wurden drei zufällige Videos ausgewählt und die Anzahl der Fliegen in jedem Röhrchen alle fünf Bilder (d. h. alle 0,5 s) visuell gezählt. Das Fehlen einer angemessenen Auflösung in den ersten 4 Sekunden jedes Videos ist hauptsächlich auf die Schwierigkeit zurückzuführen, einzelne Fliegen zu verfolgen, wenn sie nahe beieinander liegen, und auch auf Reflexionen der Fliegen auf der Kunststoffoberfläche der Röhre (Extended Data Abb. 7). ). Alle diese Probleme wurden gelöst, nachdem die Fliegen einzeln im FlyVac-Gerät getestet und verfolgt wurden (siehe Abschnitt „Methoden“ „FlyVac-Assay“).

Im Schwerkraftapparat wurden alle Frames, die mehr als zehn Fliegen entdeckten, von der statistischen Analyse ausgeschlossen und als falsch positive Ergebnisse betrachtet. Im FlyVac-Aufbau wurden die Daten aller Fliegen verworfen, die nicht von allen fünf Vakuumimpulsen auf den Boden gesaugt wurden oder die in allen fünf Versuchen keine Mobilität zeigten.

In jedem Experiment wurden drei Röhrchen mit jeweils zehn Fliegen in fünf aufeinanderfolgenden Versuchen getestet, jeweils 30 Sekunden lang. Vor jedem Versuch wurden die Fliegen fünfmal manuell auf den Tisch geklopft, um sie zu Boden zu werfen. Dieses Experiment wurde mit neuen Fliegen für jede Magnetfeldbehandlung wiederholt (vier Magnetfeldbedingungen plus vier entsprechende Scheinversuche ergeben acht Behandlungen). Jeder Satz bestand aus acht Behandlungen und wurde fünfmal wiederholt.

Alle statistischen Analysen wurden in R durchgeführt. Um eine korrekte Replikation der ursprünglichen Studie sicherzustellen, haben wir den statistischen Test von Fedele et al.9 übernommen. Wir haben zunächst das Kletterverhalten als Prozentsatz der Fliegen bewertet, die in 15 s 15 cm hochkletterten, und dieses Verhältnis verglichen Kletterer zwischen Versuchsgruppen mit ANOVA mit wiederholten Messungen. Um einen möglichen Effekt nicht zu übersehen, haben wir zusätzlich den Unterschied im Steigverhältnis der Fliegen über den gesamten Versuchszeitraum und nicht nur über 15 s analysiert. Wir haben ein verallgemeinertes lineares gemischtes Modell angewendet, um die binomiale Fehlerstruktur unserer Daten (Steigverhältnisse) und die wiederholten Messungen (aufeinanderfolgende Videobilder) zu berücksichtigen. Der zufällige Teil des Modells war (1|id) + (1|trial/frame), wobei „id“ für jede Fliege eindeutig ist. ANOVA (aus dem Paket „Auto“) wurde dann verwendet, um die F- und P-Werte für den Faktor „Belichtung“ zu schätzen:

Um das Negativ-Geotaxis-Verhalten weiter zu analysieren, haben wir während der Versuche die tatsächliche Position der Fliegen geschätzt. Da es unmöglich war, jede einzelne Fliege unabhängig von den anderen zu verfolgen, haben wir die Position von zehn Fliegen pro Videobild (0,1 s) gemittelt und dann ein LME-Modell angewendet, um die Auswirkungen beider Magnetfeldbedingungen (0, 90, 220 oder …) zu analysieren 300 µT) und Exposition (Schein versus Exposition) sowie die Wechselwirkung dieser beiden Faktoren auf die durchschnittliche Verteilung der Fliegen im Zeitverlauf. Der zufällige Teil des Modells war (1|ID) + (1|Versuch/Frame), wobei „ID“ für jedes unabhängige biologische Replikat (Röhrchen mit Fliegen) eindeutig ist:

Das LME-Modell derselben Struktur wurde auch auf jede unabhängige Versuchsreihe angewendet, die aus acht experimentellen Behandlungen (vier Magnetfeldbedingungen × zwei Expositionen) bestand.

Anschließend wurde ANOVA verwendet, um die F- und P-Werte für jeden der drei Faktoren (Bedingung, Exposition und Exposition:Bedingung) in jedem LME-Modell zu schätzen.

Der FlyVac-Apparat (inspiriert von Kain et al.34), der zur Untersuchung der negativen Geotaxis von Drosophila konstruiert wurde, bestand aus vier vertikalen zylindrischen Polystyrolröhren (Länge 200 mm, Innendurchmesser 5 mm, Außendurchmesser 6 mm). Jedes Röhrchen war oben mit einer kleinen Kappe mit Luftlöchern verschlossen und am Boden über ein Magnetventil mit einer Vakuumpumpe verbunden. Jede Tube enthielt eine Fliege. Beim Öffnen des Ventils wirbelte der Luftwirbel die Fliegen schnell und sicher zum Boden der Röhrchen. Beim Schließen des Ventils nach 3 Sekunden begannen die Fliegen in die Röhren zu klettern. Die Verbindungen zwischen dem Boden jeder Röhre und dem Vakuumsystem wurden stereolithographisch mit Epoxidharz gedruckt, um jegliche Verzerrung des lokalen Magnetfelds zu vermeiden. Das Magnetventil (SMC VT 307v-50Z1-01F-Q) wurde über einen Tank (mit ca. 30 l Volumen) an die Vakuumpumpe (Vacuubrand, ME4CNT) angeschlossen, um sicherzustellen, dass die Fliegen einem reproduzierbaren Druckabbau ausgesetzt waren.

Das Experiment verwendete die gleichen LED-Panels, Sensoren, Kamera, Laptop und LabVIEW-Programm wie in den Schwerkraftexperimenten. Das Experiment wurde vollständig automatisiert, um mögliche Artefakte aufgrund menschlicher Interaktion zu entfernen. Wie im vorherigen Experiment wurden Kamera und Sensoren über USB-Kabel mit einem Laptop verbunden. Das Magnetventil wurde über ein Relais (Four Channel USB Relay Module, Numato Lab) angeschlossen und gesteuert, das über ein USB-Kabel mit dem Laptop verbunden war. Der Laptop steuerte Kamera, Sensoren und Relais. Der Laptop und das Relais wurden in einem geerdeten Aluminiumkasten im abgeschirmten Raum untergebracht, so weit wie möglich von den Spulen entfernt (Extended Data Abb. 8).

Vorläufige FlyVac-Experimente wurden am Centre for Neural Circuits and Behavior der Universität Oxford unter der Leitung von S. Waddell durchgeführt, dem wir für umfangreiche Beratung und Laboreinrichtungen sowie den Technikern in der CNCB-Werkstatt danken, die das Gerät entworfen und gebaut haben .

Eine einzelne Fliege wurde in jede der vier FlyVac-Fallen (bestehend aus Basis und Kunststoffrohr) überführt, wo sie 120 Sekunden lang ruhte, bevor die FlyVac-Fallen mit dem Gerät in der abgeschirmten Kammer verbunden wurden. Anschließend wurden die Fliegen 120 Sekunden lang dem Magnetfeld und den Lichtbedingungen ausgesetzt, unter denen sie getestet werden sollten. In 30-s-Intervallen wurden die Fliegen mit einem 3-s-Vakuumimpuls zur Basis gesaugt; Dies wurde noch viermal wiederholt, so dass insgesamt fünf Versuche stattfanden. Jede Fliege wurde unter einer einzigen magnetischen Bedingung getestet. Alle Experimente wurden gefilmt und verfolgt, wie im Methodenabschnitt „Negativ-Geotaxis-Videoanalyse“ (Erweiterte Daten, Abb. 9) beschrieben. Nach jedem Experiment wurden die Röhrchen mit einer 70 %igen Ethanollösung gewaschen.

Das Geschlecht der Fliegen, das Halten und Sammeln, die tägliche Zeit der Experimente, die Magnetfeldbedingungen, die Blendung und die Randomisierung der Experimente waren die gleichen wie im Abschnitt „Negative Geotaxis und Schwerkraftaufsatz“ beschrieben.

In jedem Experiment wurden vier Röhrchen mit jeweils einer Fliege in fünf aufeinanderfolgenden Versuchen getestet, jeweils 30 Sekunden lang. Vor jedem Versuch wurden die Fliegen mittels eines 3-sekündigen Vakuumimpulses an den Boden des Röhrchens gesaugt. Dieses Experiment wurde mit neuen Fliegen für jede Magnetfeldbehandlung wiederholt (vier Magnetfeldbedingungen plus vier entsprechende Scheinversuche, insgesamt acht Behandlungen). Für jede Magnetfeldbehandlung wurden etwa 50 Fliegen getestet. Das Kletterverhalten einzelner Fliegen im FlyVac-Aufbau wurde als absolute Position dieser Fliegen über die Zeit analysiert. Wir haben ein LME mit der gleichen Struktur wie für die Schwerkraft-Setup-Daten angewendet, gefolgt von einer ANOVA, um die Wirkung verschiedener Magnetfeldbehandlungen zu testen. Zur positiven Kontrolle des Kletterverhaltens selbst haben wir den Faktor „Genotyp“/„Lichtbedingungen“ in den festen Teil des Modells aufgenommen.

Die statischen Magnetfelder in allen Negativ-Geotaxis-Experimenten wurden durch ein doppelt gewickeltes, dreidimensionales Merritt-Vierspulensystem mit den Abmessungen 2 × 2 × 2 m3 erzeugt (Lit. 29). Die Experimente wurden in der Mitte der Spulen durchgeführt, wo die Feldhomogenität besser als 99 % war (Lit. 43). Ströme in den Spulen flossen durch Teilsätze von Wicklungen entweder in paralleler oder antiparalleler Richtung. Als die Ströme antiparallel waren, erfuhren die Fliegen das normale Erdmagnetfeld von Oldenburg (53,152437° N, 8,164159° E) (Schein-Exposition, 48,3 µT Intensität, 67,7° Neigung). Als die Ströme parallel verliefen, wurden die Fliegen vier Magnetfeldern unterschiedlicher Gesamtintensität ausgesetzt: 0, 90, 220 und 300 µT (das höchste erzeugbare Feld, ohne dass die Spulen beschädigt wurden). Abgesehen von den 220-µT-Experimenten, bei denen das Magnetfeld in der horizontalen Ebene angelegt wurde (um die Bedingungen des ursprünglichen Berichts9 nachzuahmen), wurde das Magnetfeld auf der vertikalen (z)-Achse angelegt.

Im T-Labyrinth-Assay wurde das angelegte Magnetfeld mit einem FW Bell Gaussmeter (Modell 5170) mit einer 4-Zoll-Standardsonde (STH17-0404) gemessen. Für antiparallele Ströme konnte keine messbare Abweichung vom Erdmagnetfeld festgestellt werden.

In Negativ-Geotaxis-Assays wurden Magnetfelder entweder mit einem FVM 400 Vector Magnetometer (Meda; für Felder unter 100 µT) oder einem Model 475 DSP Gaussmeter (Lake Shore Cryotronics; für stärkere Felder) gemessen. Bei Feldern unter 100 µT war es möglich, die x-, y- und z-Komponenten zu messen, während bei höheren Feldern nur die Gesamtintensität gemessen werden konnte.

Spektren der elektromagnetischen Felder in der unmittelbaren Umgebung des Verhaltensapparates wurden bei ausgeschalteten elektronischen Komponenten (zur Kontrolle) und während eines experimentellen Versuchs (bei laufendem Gerät) mit einem Signalanalysator (Rohde und Schwarz, FSV) gemessen 3 Signal- und Spektrumanalysator, 10 Hz–3,6 GHz). Die magnetischen Komponenten wurden mit einer kalibrierten Aktivschleifenantenne (Schwarzbeck Mess-Electronik, HFS 1546) zwischen 150 kHz und 10 MHz gemessen. Die elektrischen Komponenten wurden mit einer kalibrierten aktiven bikonischen Antenne (Schwarzbeck Mess-Electronik, EFS 9218) zwischen 9 kHz und 10 MHz gemessen, wie in Engels et al.26 beschrieben (Extended Data Abb. 10a,b,d).

Die elektromagnetische Abschirmung des Raumes, in dem alle Experimente durchgeführt wurden, schloss anthropogene zeitabhängige Felder mit Dämpfungsfaktoren von 105 bei 10 kHz und über 106 bei Frequenzen über 150 kHz sehr effektiv aus. Um zu überprüfen, ob das Fehlen dieses elektromagnetischen Hintergrundrauschens die Fähigkeit der Fliegen, auf statische Magnetfelder zu reagieren, beeinträchtigte, führten wir in einem Experiment breitbandiges elektromagnetisches Rauschen in einem Bereich von etwa 2 kHz bis etwa 10 MHz (20 V Spitze-zu-Spitze, 7 Vrms, 13 nT Gesamtfeldeffektivwert) mittels einer passiven Schleifenantenne (ETS Lindgren EMCO-Antennen, Modell 6511, 20 Hz–5 MHz), die in der Nähe des Schwerkraftapparats platziert ist (Extended Data Abb. 10c). Wie in Schwarze et al.29 beschrieben, wurde die Antenne von einem RIGOL, DG1022-Signalgenerator angetrieben.

Weitere Informationen zum Forschungsdesign finden Sie in der mit diesem Artikel verlinkten Nature Portfolio Reporting Summary.

Alle Quelldaten sind unter https://doi.org/10.17605/OSF.IO/HZ98Q verfügbar.

Alle für die Datenanalyse verwendeten Codes (in R) sind unter https://doi.org/10.17605/OSF.IO/HZ98Q verfügbar.

Mouritsen, H. Fernnavigation und Magnetorezeption bei Zugtieren. Natur 558, 50–59 (2018).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Mouritsen, H. in Sturkie's Avian Physiology (Hrsg. Scanes, C. & Dridi, S.) 233–256 (Academic, 2022).

Ritz, T., Adem, S. & Schulten, K. Ein Modell für die Photorezeptor-basierte Magnetorezeption bei Vögeln. Biophys. J. 78, 707–718 (2000).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hore, PJ & Mouritsen, H. Der Radikalpaarmechanismus der Magnetorezeption. Annu. Rev. Biophys. 45, 299–344 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xu, J. et al. Magnetische Empfindlichkeit von Cryptochrom 4 eines wandernden Singvogels. Natur 594, 535–540 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Gegear, RJ, Casselman, A., Waddell, S. & Reppert, SM Cryptochrom vermittelt lichtabhängige Magnetosensitivität bei Drosophila. Natur 454, 1014–1018 (2008).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gegear, RJ, Foley, LE, Casselman, A. & Reppert, SM Tierische Cryptochrome vermitteln die Magnetorezeption durch einen unkonventionellen photochemischen Mechanismus. Natur 463, 804–807 (2010).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Foley, LE, Gegear, RJ & Reppert, SM Menschliches Cryptochrom weist eine lichtabhängige Magnetosensitivität auf. Nat. Komm. 2, 356 (2011).

Artikel ADS PubMed Google Scholar

Fedele, G., Green, EW, Rosato, E. & Kyriacou, CP Ein elektromagnetisches Feld stört die negative Geotaxis in Drosophila über einen CRY-abhängigen Weg. Nat. Komm. 5, 4391 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Wehner, R. & Labhart, T. Wahrnehmung des Erdmagnetfeldes bei der Fliege Drosophila melanogaster. Experientia 26, 967–968 (1970).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Phillips, JB & Sayeed, O. Wellenlängenabhängige Auswirkungen von Licht auf die Ausrichtung des magnetischen Kompasses bei Drosophila melanogaster. J. Comp. Physiol. A 172, 303–308 (1993).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Dommer, DH, Gazzolo, PJ, Painter, MS & Phillips, JB Magnetische Kompassorientierung durch die Larve Drosophila melanogaster. J. Insect Physiol. 54, 719–726 (2008).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Yoshii, T., Ahmad, M. & Helfrich-Forster, C. Cryptochrom vermittelt die lichtabhängige Magnetosensitivität der zirkadianen Uhr von Drosophila. PLoS Biol. 7, 813–819 (2009).

Artikel Google Scholar

Phillips, JB, Jorge, PE & Muheim, R. Lichtabhängige magnetische Kompassorientierung bei Amphibien und Insekten: Kandidatenrezeptoren und Kandidatenmolekularmechanismen. JR Soc. Schnittstelle 7, S241–S256 (2010).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Painter, MS, Dommer, DH, Altizer, WW, Muheim, R. & Phillips, JB Die spontane magnetische Orientierung bei Larven von Drosophila teilt Eigenschaften mit erlernten magnetischen Kompassreaktionen bei erwachsenen Fliegen und Mäusen. J. Exp. Biol. 216, 1307–1316 (2013).

PubMed Google Scholar

Fedele, G. et al. Genetische Analyse der zirkadianen Reaktionen auf niederfrequente elektromagnetische Felder bei Drosophila melanogaster. PLoS Genet. 10, e1004804 (2014).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Marley, R., Giachello, CNG, Scrutton, NS, Baines, RA & Jones, AR Kryptochrom-abhängiger Magnetfeldeffekt auf die Anfallsreaktion bei Drosophila-Larven. Wissenschaft. Rep. 4, 5799 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bae, J.-E. et al. Positives geotaktisches Verhalten, hervorgerufen durch das Erdmagnetfeld bei Drosophila. Molec. Gehirn 9, 55 (2016).

Artikel Google Scholar

Wu, C.-L. et al. Die Magnetorezeption reguliert die männliche Balzaktivität bei Drosophila. PLoS ONE 11, e0155942 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Giachello, CNG, Scrutton, NS, Jones, AR & Baines, RA Magnetfelder modulieren die blaulichtabhängige Regulierung des neuronalen Feuerns durch Cryptochrom. J. Neurosci. 36, 10742–10749 (2016).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bradlaugh, A., Munro, AL, Jones, AR & Baines, RA Nutzung der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, um die molekulare Basis der Cryptochrom-abhängigen Magnetosensitivität zu identifizieren. Quantum Rep. 3, 127–136 (2021).

Artikel Google Scholar

Kyriacou, CP & Rosato, E. Genetische Analyse von Cryptochrom bei der Magnetosensitivität von Insekten. Vorderseite. Physiol. 13, 928416 (2022).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Bradlaugh, AA et al. Wesentliche Elemente der Radikalpaar-Magnetosensitivität bei Drosophila. Natur 615, 111–116 (2023).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wiltschko, W. & Wiltschko, R. Magnetkompass europäischer Rotkehlchen. Wissenschaft 176, 62–64 (1972).

Artikel ADS CAS PubMed MATH Google Scholar

Zapka, M. et al. Visuelle, aber nicht trigeminale Vermittlung magnetischer Kompassinformationen bei einem Zugvogel. Natur 461, 1274–1278 (2009).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Engels, S. et al. Anthropogenes elektromagnetisches Rauschen stört die Ausrichtung des magnetischen Kompasses bei einem Zugvogel. Natur 509, 353–356 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Cochran, WW, Mouritsen, H. & Wikelski, M. Zugziehende Singvögel kalibrieren ihren Magnetkompass täglich anhand von Dämmerungssignalen neu. Wissenschaft 304, 405–408 (2004).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Wynn, J. et al. Magnetische Stoppschilder signalisieren die Ankunft eines europäischen Singvogels am Brutplatz nach dem Zug. Wissenschaft 375, 446–449 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Schwarze, S. et al. Schwache breitbandige elektromagnetische Felder stören die Ausrichtung des magnetischen Kompasses bei einem nachtwandernden Singvogel (Erithacus rubecula) stärker als starke schmalbandige Felder. Vorderseite. Verhalten. Neurosci. 10, 55 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Ritz, T., Thalau, P., Phillips, JB, Wiltschko, R. & Wiltschko, W. Resonanzeffekte weisen auf einen Radikalpaarmechanismus für den Vogelmagnetkompass hin. Natur 429, 177–180 (2004).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Mora, CV, Davison, M. & Walker, MM Konditionierung als Technik zur Untersuchung der sensorischen Systeme, die an der Orientierung, Zielsuche und Navigation von Tieren beteiligt sind – eine Übersicht. J. Navig. 62, 571–585 (2009).

Artikel Google Scholar

Button, KS et al. Stromausfall: Warum eine kleine Stichprobengröße die Zuverlässigkeit der Neurowissenschaften untergräbt. Nat. Rev. Neurosci. 14, 365–376 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mouritsen, H. in Neurosciences – from Molecule to Behavior: A University Textbook (Hrsg. Galizia, CG & Lledo, P.-M.) 427–443 (Springer, 2013).

Kain, JS, Stokes, C. & de Bivort, BL Phototaktische Persönlichkeit bei Fruchtfliegen und ihre Unterdrückung durch Serotonin und Weiß. Proz. Natl Acad. Wissenschaft. USA 109, 19834–19839 (2012).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Toma, DP, White, KP, Hirsch, J. & Greenspan, RJ Identifizierung von Genen, die an der Geotaxis von Drosophila melanogaster beteiligt sind, einem komplexen Verhaltensmerkmal. Nat. Genet. 31, 349–353 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mertens, I. et al. Die Signalübertragung des PDF-Rezeptors in Drosophila trägt sowohl zum zirkadianen als auch zum geotaktischen Verhalten bei. Neuron 48, 213–219 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sheppard, DMW et al. Millitesla-Magnetfeldeffekte auf den Photozyklus von Drosophila melanogaster cryptochrome. Wissenschaft. Rep. 7, 42228 (2017).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dickinson, MH Death Valley, Drosophila und das Devonian Toolkit. Annu. Rev. Entomol. 59, 51–72 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Chapman, JW, Reynolds, DR, Smith, AD, Smith, ET & Woiwod, IP Eine Luftnetzstudie von Insekten, die in großer Höhe über England wandern. Stier. Entomol. Res. 94, 123–136 (2004).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hu, G. et al. Massenhafte saisonale Bioströme hochfliegender Insekten. Wissenschaft 354, 1584–1587 (2016).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Crawley, MJ The R Book (John Wiley & Sons, 2013).

Schindelin, J. et al. Fidschi: eine Open-Source-Plattform für die Analyse biologischer Bilder. Nat. Methoden 9, 676–682 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kirschvink, JL Gleichmäßige Magnetfelder und doppelt gewickelte Spulensysteme – verbesserte Techniken für die Gestaltung bioelektromagnetischer Experimente. Bioelectromagnetics 13, 401–411 (1992).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde vom Air Force Office of Scientific Research (Air Force Materiel Command, USAF-Auszeichnung Nr. FA9550-14-1-0095, an PJH und HM) unterstützt; der Europäische Forschungsrat (im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union, Finanzhilfevereinbarung Nr. 810002, Synergy Grant „QuantumBirds“, an PJH und HM); das Office of Naval Research Global (Auszeichnung Nr. N62909-19-1-2045, an PJH); Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 1372, „Magnetorezeption und Navigation bei Wirbeltieren“, Projekt-Nr. 395940726, an HM, MW und PJH und GRK 1885, „Molekulare Grundlagen der Sinnesbiologie“ an HM und MW). Wir danken B. Kyriacou (Abteilung für Genetik, University of Leicester, UK), E. Skoulakis (Biomedical Sciences Research Center Alexander Fleming, Vari, Griechenland), S. Reppert (Abteilung für Neurobiologie, University of Massachusetts Medical School, USA) und S. Waddell (Abteilung für Physiologie, Anatomie und Genetik, Universität Oxford, Großbritannien) für großzügige Unterstützung, Ratschläge, Flüge, Nutzung der Einrichtungen und gemeinsame Nutzung der Ausrüstung. Wir danken den mechanischen und elektronischen Werkstätten der Universitäten Oxford und Oldenburg für ihre Hilfe beim Aufbau und bei Bedarf bei der Reparatur der Geräte.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Marco Bassetto, Thomas Reichl

Labor für physikalische und theoretische Chemie, Fachbereich Chemie, Universität Oxford, Oxford, Großbritannien

Marco Bassetto & PJ Hore

AG Neurosensory Sciences/Animal Navigation, Institut für Biologie und Umweltwissenschaften, Carl-von‐Ossietzky Universität Oldenburg, Oldenburg, Germany

Marco Bassetto, Thomas Reichl, Dmitry Kobylkov und Henrik Mouritsen

Zentrum für Geistes-/Gehirnwissenschaft, Universität Trient, Rovereto, Italien

Dmitri Kobylkow

Living Systems Institute, University of Exeter, Exeter, Großbritannien

Daniel R. Kattnig

Fachbereich Physik, University of Exeter, Exeter, Großbritannien

Daniel R. Kattnig

AG Sensory Biology of Animals, Institut für Biologie und Umweltwissenschaften, Carl-von‐Ossietzky Universität Oldenburg, Oldenburg, Germany

Michael Winklhofer

Forschungszentrum für Neurosensorik, Universität Oldenburg, Oldenburg, Deutschland

Michael Winklhofer & Henrik Mouritsen

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HM und PJH konzipierten die Studie. HM, PJH und MW überwachten die Studie. MB, TR und DRK haben die Ausrüstung entworfen und gebaut. MB und TR führten Experimente durch. DRK hat die Software zur Steuerung von Experimenten geschrieben. MW analysierte die Originaldaten erneut6,9 und konzipierte die hier verwendete statistische Analyse. MB, DK und MW analysierten die Daten. MB schrieb den ersten Entwurf des Manuskripts. PJH und HM erstellten die endgültige Version mit Beiträgen aller Autoren.

Korrespondenz mit PJ Hore oder Henrik Mouritsen.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature dankt Jason Chapman, Eric Warrant und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

1. Doppelt gewickelte Spulen. 2.Kabel zu und von den Spulen. 3. Schrauben Sie die Spulen fest. 4. Kerbe, die es ermöglichte, den T-Labyrinth-Aufzug während der Testphase in der horizontalen Position zu halten. 5. Durch die untere rechteckige Kerbe konnte der T-Labyrinth-Aufzug während der Trainingsphase in der vertikalen Position gehalten werden. 6. Schwarze Holzkiste.

Ausrüstung, mit der die Fähigkeit von Fliegen getestet wird, einen Geruch mit der Saccharose-Belohnung zu assoziieren, die in den magnetischen Konditionierungsexperimenten verwendet wird. Im linken T-Labyrinth wurden Fliegen darauf trainiert, OCT mit Saccharose (mit MCH als US) zu assoziieren. Umgekehrt im rechten T-Labyrinth.

1. Aluminiumbox. 2. Doppelt gewickelte Spulen. 3. Swinger-Apparat. 4. LED-Streifen. 5. Infrarotkamera. Derselbe Aufbau wurde sowohl in Ref. verwendet. 9 und von uns.

Drei zylindrische Poly(methylmethacrylat)-Röhrchen wurden auf einem Träger montiert, der mit einem Griff manuell angehoben werden konnte.

Emissionsspektren der drei LED-Arrays, gemessen vor (durchgezogene Linie) und hinter (gestrichelte Linie) den Kunststoffröhren.

A. Videobild eines der Experimente im Schwerkraftapparat. B. Visuelle Darstellung, wie das Trackingprogramm die Fliegen in den Röhren erkannt hat.

Drei zufällige Videos wurden per Auge und dann von der Tracking-Software analysiert. Die durchgezogene Linie zeigt die Anzahl der erkannten Fliegen im Durchschnitt über drei zufällig ausgewählte Videos mit drei Röhren pro Video und zehn Fliegen pro Röhre. Blau: nach Augenmaß gezählt. Schwarz: automatische Zählung. Die gestrichelten Linien stellen eine Standardabweichung auf beiden Seiten des Mittelwerts dar.

Die Ströme in den Spulen wurden von einem externen Computer (1) über zwei Datenerfassungskarten (DAQ) gesteuert. Der erste (National Instruments, USB-9263) verband den Computer mit den Netzteilen (2) (BOP 50-4M, Kepco Inc.) und kontrollierte die Stärke der Ströme in den Spulen. Der zweite (National Instruments USB-6051) steuerte die Schaltbox (3), die für die Richtung der Ströme (parallel oder antiparallel) durch die Wicklungen jeder Spule (4) verantwortlich ist. Im Schaltplan wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit die meisten der 12 Spulen weggelassen. Ein Bild der Kammer und der Spulen finden Sie bei Schwarze et al. 29 Ein MATLAB-Skript steuerte die beiden DAQ-Karten, um (a) einen analogen Ausgang für die Stromversorgung bereitzustellen und (b) die Richtung der Ströme über einen digitalen Ausgang umzuschalten. Weitere Komponenten (oben beschrieben): Vakuumpumpe (5), Puffertank (6), Magnetventil (7), FlyVac-Gerät (8), Relais (9) und ein Laptop-Computer (10), der das Ventil steuerte, Sensoren ( 11) und Videokamera (12). Eine LED-Platte (13) beleuchtete die Röhren; der andere (14) lieferte einen Infrarothintergrund für die Videokamera. Die Komponenten 7–14 wurden auf einem Tisch in der Mitte der Spulen platziert; Die Komponenten 5 und 6 wurden so weit wie möglich von den Spulen entfernt platziert.

A. Videobild eines der Experimente im FlyVac-Aufbau. B. Visuelle Darstellung, wie das Trackingprogramm die Fliegen in den Röhren erkannt hat. Die verschiedenen Farben zeigten die unterschiedlichen Spuren, die eine einzelne Fliege in den fünf Wiederholungen ausgeführt hatte.

Blaue Linie: durchschnittliche Feldstärke; Rote Linie, maximale Halteintensität. A. Magnetische (links) und elektrische (rechts) Komponenten der zeitabhängigen Felder, gemessen bei ausgeschalteten Verhaltensaufstellungen. Diese Messungen wurden als Basiswerte betrachtet. B. Magnetische (links) und elektrische (rechts) Komponenten der zeitabhängigen Felder, die gemessen wurden, als alle elektrischen Geräte der Schwerkraftapparatur (LED-Platten, Laptop, Kamera und Sensoren) eingeschaltet waren. C. Magnetische (links) und elektrische (rechts) Komponenten der zeitabhängigen Felder wurden gemessen, als alle elektrischen Geräte der Schwerkraftapparatur (LED-Platten, Laptop, Kamera und Sensoren) eingeschaltet waren und Breitband-HF wieder in die Experimentierkammer eingeführt wurde. D. Magnetische (links) und elektrische (rechts) Komponenten der zeitabhängigen Felder, die gemessen wurden, als alle elektrischen FlyVac-Geräte (LED-Platten, Laptop, Kamera, Sensoren, Vakuumpumpe, Ventil und Relais) eingeschaltet waren.

Die Zusatzinformationsdatei besteht aus zwei Hauptabschnitten (T-Labyrinth-Assay und Negativ-Geotaxis-Assay) mit zusätzlichen Referenzen und enthält 15 Abbildungen und 11 Tabellen, die Ergebnisse und Statistiken von Magnetsensormessungen zeigen.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Bassetto, M., Reichl, T., Kobylkov, D. et al. Keine Hinweise auf Auswirkungen von Magnetfeldern auf das Verhalten von Drosophila. Natur 620, 595–599 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06397-7

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Eingegangen: 14. März 2023

Angenommen: 03. Juli 2023

Veröffentlicht: 09. August 2023

Ausgabedatum: 17. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06397-7

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