DFG fördert neue Forschungsgruppe an der JGU mit rund 1,8 Millionen Euro / Untersuchungen zur Evolution neuronaler Schaltkreise

Der Evolutionsneurobiologe Dr. Max Farnworth ist zum 1. August 2026 mit einer Emmy Noether-Förderung von der University of Bristol an die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) gekommen. Am Fachbereich Biologie baut Farnworth die Arbeitsgruppe „Neural Circuit & Systems Evolution“ auf. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt über sechs Jahre mit rund 1,8 Millionen Euro. Am Beispiel von Insekten wollen Farnworth und sein Team grundlegende Prinzipien der Evolution des Gehirns erforschen und herausfinden, warum manche neuronalen Schaltkreise deutlich wandlungsfähiger sind als andere.

„Wir untersuchen, wie während der Entwicklung eines Insekts aus einer vergleichsweise kleinen Zahl neuraler Stammzellen viele Tausend Nervenzellen und Millionen von Verbindungen entstehen“, sagt Farnworth. Bestimmte Entwicklungsprogramme steuern dabei, welche Zelltypen gebildet werden, wie viele es sind und welche Verbindungen sie eingehen. „Wir wollen verstehen, wie sich diese Programme im Laufe der Evolution verändern und wie sich neuronale Schaltkreise dadurch an unterschiedliche Lebensweisen und Umweltbedingungen anpassen.“

Vier Insektenarten im Vergleich

Im Mittelpunkt stehen zwei Bereiche des Insektengehirns: die sogenannten Pilzkörper, die unter anderem für Lernen und Gedächtnis wichtig sind, und der Zentralkomplex, der wesentlich für Orientierung und Navigation ist. Beide Bereiche haben sich im Laufe der Evolution sehr unterschiedlich entwickelt: Während die Pilzkörper bei verschiedenen Insektengruppen mehrfach stark umgestaltet wurden, ist der Zentralkomplex vergleichsweise ähnlich geblieben.

Farnworths Team untersucht, ob Unterschiede in der Entwicklung der beiden Hirnbereiche erklären können, warum sie sich im Laufe der Evolution so unterschiedlich verändert haben. Dazu vergleichen sie vier Insektenarten – die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster), den Rotbraunen Reismehlkäfer (Tribolium castaneum), die Räuberameise (Ooceraea biroi) und die Dörrobstmotte (Plodia interpunctella). Die vier Arten stehen für unterschiedliche Äste des Insektenstammbaums und repräsentieren damit verschiedene evolutionäre Linien.

Mithilfe von Einzelzellanalysen, genetischen Methoden und hochauflösender Bildgebung erfassen die Forschenden, welche Zelltypen vorkommen, wie sie entstehen und welche Verbindungen sie ausbilden. So wollen sie herausfinden, welche Bestandteile der neuronalen Schaltkreise im Laufe der Evolution erhalten geblieben sind und wo sich Zelltypen, Zellzahlen oder Verbindungen verändert haben.

Hervorragende Voraussetzungen an der JGU

Die neue Forschungsgruppe ist am Institut für Entwicklungsbiologie und Neurobiologie angesiedelt, wo Farnworth eng mit dem Neural Circuits Lab zusammenarbeitet. Zugleich ist die Gruppe mit dem Forschungszentrum Translationale Neurowissenschaften und dem Institut für Pathophysiologie verbunden.

„Für meinen Neuro-Evo-Devo-Ansatz, durch den wir die Evolution von Gehirnen anhand ihrer Entwicklung verstehen wollen, bietet die JGU hervorragende wissenschaftliche Voraussetzungen“, sagt Farnworth. „Die Verbindung von starker Entwicklungs- und Evolutionsbiologie ist in dieser Form selten. Hinzu kommen sehr gut ausgestattete Core Facilities, etwa im Bereich der Bildgebung.“ Für seine Forschungsgruppe sind eine Postdoc-Stelle, zwei Promotionsstellen sowie eine halbe Stelle für technische Assistenz vorgesehen.

Gruppenleiter Farnworth beschäftigt sich bereits seit seiner Promotion mit der Evolution und Entwicklung des Insektengehirns. An der Georg-August-Universität Göttingen untersuchte er die Entwicklung des Zentralkomplexes bei Fruchtfliegen und Reismehlkäfern. Zuletzt forschte er an der University of Bristol zur Evolution neuronaler Schaltkreise bei Schmetterlingen.