Forschungsgruppe für Evolutionäre Neurobiologie und Verhaltenswissenschaften

Philipp Brand

+++ Neue Forschungsgruppe startet im Oktober 2025 +++

Von tanzenden Honigbienen bis hin zu unseren eigenen besonderen menschlichen Fähigkeiten – die erstaunliche Diversität an Verhaltensweisen im Tierreich fasziniert Biologinnen und Biologen seit Jahrhunderten. Diese Vielfalt steht im Zentrum unserer Forschung: Wir untersuchen Verhalten anhand der beiden Kräfte die das Leben aller Organismen auf der Erde prägen: Evolution und Ökologie um die Funktion und Diversifizierung neuronaler Schaltkreise im Gehirn zu erforschen. Indem wir kausale Unterschiede im Nervensystem und ihre genetischen Grundlagen isolieren, machen wir uns biologische Variation in der Natur zu Nutze, um die zentralen genetischen und neuronalen Mechanismen der Verhaltenssteuerung zu identifizieren.

Unsere Fragen

• Wie kodiert das Nervensystem Variation im Verhalten?
• Wie wird die Evolution von Verhalten von der Umwelt beeinflusst?
• Wie manipulieren Mikroben Verhalten und dessen Diversifizierung?

Unsere Ansätze

Um die Mechanismen der Verhaltensevolution zu erforschen, benötigen wir einen multidisziplinären Ansatz, der experimentelle Ethologie und Genetik mit Neurowissenschaften in einem evolutionären Rahmen kombiniert. Zu diesem Zweck nutzen wir die neurogenetischen Werkzeuge von Drosophila Fruchtfliegen. Dies erlaubt es uns zu untersuchen, wie das Nervensystem Veränderungen in der sensorischen Verarbeitung ökologischer und sozialer Signale entwickelt hat, welche der Diversifizierung artspezifischer Paarungsverhalten zugrunde liegen.

Neurowissenschaften

Wir nutzen die jüngsten Fortschritte in der Genom-Editierung, um das leistungsfähige neurogenetische Toolkit des Modellorganismus Drosophila melanogaster auf seine entfernteren Verwandten zu übertragen. Dies ermöglicht uns, Neuronen und neuronale Schaltkreise zwischen Arten zu vergleichen und kausale Zusammenhänge zwischen Neuroanatomie, Funktion und Verhaltensvielfalt herzustellen – unter Einsatz von 2-Photonen in vivo Imaging, Neuroanatomie und Optogenetik.

Ethologie

Der Power dieser neurogenetischen Werkzeuge liegt die experimentelle Zugänglichkeit von Verhalten zu Grunde, die in Drosophila unübertroffen ist. Die geringe Größe von Fruchtfliegen ermöglicht es uns, komplexe experimentelle Aufbauten zu entwickeln, die die sensorische Umwelt frei beweglicher oder fixierter Individuen kontrollieren, um zu untersuchen, wie vielfältige Reize Verhalten koordiniert modulieren.

Genetik

Wir kombinieren verhaltensbiologische und neurogenetische Ansätze und integrieren sie mit neuronalem single-cell Transkriptom Profiling, Populationsgenetik und QTL-Mapping. Dabei machen wir uns die umfangreichen genetischen Ressourcen von Drosophila zunutze, um zu entschlüsseln, wie genetische Variation und neuronale Schaltkreise zur Verhaltensevolution und zur Entstehung von Arten beitragen.

Ausgewählte Publikationen

DOI Brand P, Keller K, Coleman RT, Eghbali NB, Zylka S, Prieto-Godino LL, Ruta V (2025) Ecological cues orchestrate concerted courtship in a Drosophila host specialist. bioRxiv preprint

DOI Brand P, Hinojosa-Diaz I, Ayala R, Yurrita Obiols CL, Daigle M†, Eltz T & Ramirez SR (2020) The evolution of sexual signaling is linked to odorant receptor tuning in perfume-collecting orchid bees. Nature Communications 11:244.

DOI Brand P*, Robertson HM*, Lin W, Pothula R, Klingeman WE, Jurat-Fuentes JL & Johnson BR (2018) The origin of the odorant receptor gene family in insects. eLife 7:e38340