background image

Journal Pre-proof

Photoreceptors for immediate effects of light on circadian behaviour

Daniel Bidell, Natalie-Danielle Feige, Tilman Triphan, Claudia Müller, Dennis Pauls,

Charlotte Helfrich-Förster, Mareike Selcho

PII:

S2589-0042(24)01041-1

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109819

Reference:

ISCI 109819

To appear in:

ISCIENCE

Received Date: 20 October 2023
Revised Date: 12 March 2024
Accepted Date: 24 April 2024

Please cite this article as: Bidell, D., Feige, N.-D., Triphan, T., Müller, C., Pauls, D., Helfrich-Förster, C.,

Selcho, M., Photoreceptors for immediate effects of light on circadian behaviour, 

ISCIENCE

 (2024), doi:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109819

.

This is a PDF file of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability, but it is not yet the definitive version of

record. This version will undergo additional copyediting, typesetting and review before it is published

in its final form, but we are providing this version to give early visibility of the article. Please note that,

during the production process, errors may be discovered which could affect the content, and all legal

disclaimers that apply to the journal pertain.

© 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

TITLE 

Photoreceptors for immediate effects of light on circadian behaviour 

 

AUTHORS 

Daniel  Bidell

1

,  Natalie-Danielle  Feige

1

,  Tilman  Triphan

2

,  Claudia  Müller

1

,  Dennis  Pauls

1

Charlotte Helfrich-Förster

3

 and Mareike Selcho

1,4,*

 

 

AFFILIATIONS 

Department of Animal Physiology, Institute of Biology, Leipzig University, Leipzig, Germany 

2

 Department of Genetics, Institute of Biology, Leipzig University, Leipzig, Germany 

10 

Neurobiology and Genetics, Biocentre, University of Würzburg, Würzburg, Germany 

11 

Lead contact 

12 

*

 Corresponding author: MS (mareike.selcho@uni-leipzig.de) 

13 

 

14 

 

15 

 

16 

SUMMARY 

17 

Animals  need to sharpen behavioural output  in the adaptation to  a variable environment. 

18 

Hereby, light is one of the most pivotal environmental signals and thus behavioural plasticity 

19 

in  response  to  light  can  be  observed  in  diurnal  animals,  including  humans.  Furthermore, 

20 

light  is  the  main  entraining  signal  of  the  clock,  yet  immediate  effects  of  light  enhance  or 

21 

overwrite circadian output and thereby mask circadian behaviour. 

22 

In 

Drosophila

,  such  masking  effects  are  most  evident  as  a  lights-on  response  in  two 

23 

behavioural rhythms 

– the emergence of the adult insect from the pupa, called eclosion, and 

24 

the diurnal rhythm of locomotor activity. Here, we show that the immediate effect of light on 

25 

eclosion  depends  solely  on  R8  photoreceptors  of  the  eyes.  In  contrast,  the  increase  in 

26 

activity by light at night is triggered by different cells and organs, that seem to compensate 

27 

for the loss of each other, potentially to ensure behavioural plasticity.     

28 

 

29 

 

30 

 

31 

 

32 

 

33 

 

34 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

INTRODUCTION 

35 

An appropriate daily timing of behaviour is of critical importance for animal fitness 

1,2

. Light 

36 

shapes  the  daily  timing  in  two  ways:  (1)  the  cyclic  change  in  light  intensity  acts  as  an 

37 

entraining signal, synchronizing the endogenous (circadian) timing system to appropriately 

38 

adjust an organism to the 24h environmental period; (2) light directly modulates behaviour 

39 

i.e.  increases  alertness,  locomotor  activity,  body  temperature  and  heart  rate  in  diurnal 

40 

animals including humans 

3

–7

 while light supresses activity and promotes sleep in nocturnal 

41 

animals 

8,9

.  These  immediate  light  effects  often  obscure  circadian  behaviours,  and  are 

42 

referred  to  as 

“masking” 

10

.  The  immediate  light  effects  are  essential  for  appropriate 

43 

responses of the animal to changes in the environment and for sharpening the behavioural 

44 

output.  Interestingly,  light  responses  can  even  provoke  quasi-wildtype  activity  rhythms  in 

45 

clock-less and thus arrhythmic fruit flies and mice under natural-like conditions 

11

–13

. These 

46 

results  were  obtained  in  studies  either  carried  out  in  the  wild  under  natural  light  and 

47 

temperature cycles 

11-10

, or in the laboratory under constant temperature but with natural-

48 

like  light  cycles  (simulating  dawn  and  dusk) 

13

.  The  latter  study  clearly  underlines  the 

49 

importance of light for normal behaviour. 

50 

In 

Drosophila  melanogaster

,  the  immediate  light  effects  are  most  evident  as  a  lights-on 

51 

response in two well described behavioural rhythms of the fly 

– the emergence rhythm of 

52 

the adult insect from the pupa, called eclosion, and the adult activity rhythm 

14

–17

. Eclosion 

53 

is gated by the circadian clock to the early day, most probably to prevent desiccation and 

54 

enhance survival rate. A light stimulus induces a rapid increase in eclosion rate (lights-on 

55 

effect) that is eliminated in flies without eyes and potentially in mutants lacking ocelli 

14,15

56 

Even  though  the  lights-on  effect  is  gone,  eclosion  remains  synchronized  to  the  light-dark 

57 

cycle in eyeless flies by the circadian blue-light photopigment Cryptochrome (CRY; 

14,18,19

58 

reviewed  by 

20

).  Similarly,  the  locomotor  activity  rhythm  of  adult  eyeless  flies  remains 

59 

synchronized to the light-dark cycle due to entrainment  by  CRY (reviewed by 

21

),  but the 

60 

immediate  increase  of  activity  after  lights-on  at  ZT0

,  also  known  as  “startle  response”, 

61 

disappears  after  elimination  of  the  eyes 

16,22

.  Subsequent  studies  showed  that  several 

62 

rhodopsins contribute to this immediate light effect in adult flies 

23,24

63 

Flies  receive  light  information  via  two  external  organs,  the  compound  eyes  and  ocelli,  as 

64 

well as the internal extraretinal Hofbauer-Buchner (H-B) eyelets. In addition, a small subset 

65 

of central brain neurons express the blue-light sensitive photopigment CRY 

18,19

. The fruit 

66 

fly’s compound eye consists of around 800 ommatidia, each of them equipped with six outer 

67 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

(R1-6)  and  two  inner  (R7,  R8)  photoreceptor  cells.  While  the  outer  photoreceptor  cells 

68 

express  the  photoreceptor  protein  Rhodopsin  1  (Rh1),  the  inner  ones  express  specific 

69 

combinations  of  Rh3,  Rh4,  Rh5  and  Rh6  (reviewed  by 

25

).  Photoreceptor  proteins  are 

70 

specifically expressed in two main ommatidia types: pale ommatidia express Rh3 in R7 and 

71 

Rh5 in R8 photoreceptors and yellow ommatidia Rh4 in R7 and Rh6 in R8 cells. A third type, 

72 

the DRA ommatidia, positioned in the dorsal rim area (DRA) expresses Rh3 in R7 and R8 

73 

cells.  The  photoreceptors  R1-6  were  shown  to  be  involved  in  dim  light  vision  and  the 

74 

perception  of  motion 

26

,  while  R7/R8  are  involved  in  colour  vision 

26

–28

  and  DRA 

75 

photoreceptors are involved in polarization vision 

29

. Besides the large compound eyes, fruit 

76 

flies contain three simple dorsal eyes called ocelli. Ocelli consist of only one photoreceptor 

77 

type,  containing  Rh2 

30,31

.  The  ocelli  do  not  form  an  image  or  perceive  objects  in  the 

78 

environment, instead they are sensitive to changes in light intensities and seem to respond 

79 

to  polarized  light.  As  Rh2  is  highly  sensitive  to  UV  light,  the  ocelli  provide  information  to 

80 

distinguish between sky and the ground (reviewed by 

32

). This enables the fly to maintain its 

81 

orientation in space. The H-B eyelets evolve from the larval Bolwig

’s organ and express Rh6 

82 

20,33

–35

.  These  extraretinal  light  detecting  cells  are  involved  in  entrainment  at  high  light 

83 

intensities 

36

. In addition to the light detecting organs, 

Drosophila

 contains CRY expressing 

84 

neurons in the brain and compound eyes, sensitive to blue light 

37

–40

. Beside the compound 

85 

eyes, CRY is the main photoreceptor involved in light entrainment of the circadian clock 

16,41

86 

 

87 

In this study,  we aim to identify the photoreceptors necessary for the  immediate effect of 

88 

light on eclosion. In addition, we investigate if the same light detecting cells are involved in 

89 

the increase of locomotor activity to unexpected light at night. The locomotor response to 

90 

light is time-of-day dependent with increase in activity at night and absence of increase at 

91 

daytimes 

42,43

.  We  provide  evidence  that  the  light  effect  on  eclosion  is  mediated  by  Rh5-

92 

positive R8 photoreceptor neurons of the compound eyes with potential contribution of Rh6-

93 

positive  R8  photoreceptor  cells.  In  contrast,  the  ocelli,  the  H-B  eyelets,  as  well  as  light 

94 

sensitive CRY-positive cells are not required to elicit this lights-on response. These results 

95 

are  in  line  with  previous  studies  showing  that  the  masking  effect  of  light  depends  on  the 

96 

intact eyes 

16

. Interestingly, the increase in locomotor activity in response to light at night 

97 

remains  in  flies  without  eyes,  ocelli  or  CRY-positive  cells.  We  hypothesize  redundant 

98 

signalling pathways and propose that light perceiving cells and organs compensate the loss 

99 

of  each  other,  enabling  flies  to  react  to  unexpected  changes  in  their  environment.  Thus, 

100 

masking  effects  of  light  on  circadian  behaviours  seem  to  depend  on  different  underlying 

101 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

neuronal  networks  potentially  dependent  on  the  time  of  day,  type  of  behaviour,  or 

102 

developmental stage of the animal. 

103 

 

104 

RESULTS 

105 

Light elicits an immediate increase in eclosion at lights-on in fly populations monitored under 

106 

14:10  light:dark  cycles  (Fig.1A).  This  immediate  effect  is  also  visible  in  flies  kept  under 

107 

constant darkness when a light pulse is given at times around circadian time 0 (CT0, Fig.1B-

108 

D). In detail, in line with previous studies 

15

, we could show that a twenty-minute white light 

109 

pulse (I = 4,1 W/m

2

) one hour before or after CT0 elicits an immediate eclosion response in 

110 

control  flies  (Fig.1B-D  and  Fig.S1A).  The  light  response  thus  enables  the  flies  to  eclose 

111 

promptly in response to their environment, reinforcing the behaviour controlled by the clock. 

112 

Next, we tested whether the pigmentation of the eyes plays a role in the detection of light 

113 

necessary to elicit immediate eclosion. For this, we monitored eclosion in red-eyed CantonS 

114 

(CS) and white-eyed (

w

1118

) flies. Both groups showed a clear eclosion peak in response to 

115 

light,  even  though  the  distribution  within  the  twenty  minutes  is  different  (Fig.1C,D  and 

116 

Fig.S1). Nevertheless, the loss of eye pigmentation does not influence the ability to react to 

117 

light.  

118 

Further,  we  tested  different  mutants  to  discover  the  light  perceiving  cells  and  organs 

119 

triggering immediate eclosion. The lights-on response is gone in flies lacking the compound 

120 

eyes  (

cli

eya

,  Fig.2B  and  Fig.S1C; 

14,15

)  and  in 

norpA

  (

no  receptor  potential

)  mutants  with 

121 

disturbed phospholipase C function (

norpA

p41

, Fig.2C and Fig.S1D). In contrast, flies with 

122 

disabled  light  perception  in  photoreceptors  of  the  ocelli  (

rh2

1

,  Fig.2D  and  Fig.S1E), 

cry

-

123 

positive  cells  (

cry

01

,  Fig.2E  and  Fig.S1E)  or  the  Rh6-positive  H-B  eyelets  (

rh6

1

,  Fig.S2), 

124 

respectively, showed an immediate increase in eclosion in response to light indicating the 

125 

exclusive requirement of the compound eyes in the immediate effect of light on eclosion. 

126 

   

127 

Our  data  suggest  that  the  compound  eyes  are  required  for  the  immediate  light  effect  on 

128 

eclosion.  Light  information  is  received  by  photoreceptor  cells  of  the  compound  eyes  and 

129 

converted into neuronal activity. The outer photoreceptor cells R1-R6 contain Rh1, the inner 

130 

R7 cells express Rh3 (R7pale) or Rh4 (R7yellow) and proximal R8 cells express either Rh5 

131 

(R8pale) or Rh6 (R8yellow), while DRA ommatidia express Rh3 in R7 and R8. Thus, the 

132 

different  photoreceptor  cells  respond  to  light  of  a  specific  spectrum  as  the  five  different 

133 

rhodopsin’s  of  the  compound  eyes  have  different  absorption  spectra 

44

–46

.  Therefore, 

134 

illumination by monochromatic light of different wavelength will allow to address specific sets 

135 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

of Rh cells only and thereby give insights into the sufficiency of the different photoreceptor 

136 

cells in this context. Flies showed an immediate behavioural response to twenty-minute blue 

137 

(455

– 475 nm, I = 3,6 W/m

2

), green (510

– 545 nm, I = 2 W/m

2

) and red (625

– 642 nm, I = 

138 

2,3 W/m

2

) light pulses (Fig.3A-C and Fig.S1G-I). In contrast to mammals, where immediate 

139 

light-effects  depend  exclusively  on  blue  light-sensitive  melanopsin-expressing  retinal 

140 

ganglion cells 

47

–51

, flies are able to additionally respond to longer wavelengths. As red light 

141 

of  633nm  could  only  be  absorbed  by  Rh1  or  Rh6,  we  monitored  the  immediate  light 

142 

responses  in  flies  without  Rh1  (

ninaE

17

),  flies  that  lack  Rh6  (

rh6

1

)  and  double  mutants 

143 

without both of these rhodopsins (

ninaE

17

; rh6

1

). As expected, the lights-on response to red 

144 

light is missing in the 

rh1,rh6

 double mutant flies (Fig.3F and Fig.S1L). Lacking just one of 

145 

the red light detecting rhodopsins leads to a strongly reduced lights-on response that was 

146 

not significantly different from the controls in the 

rh6

mutants (Fig.3D,E and Fig.S1J,K). This 

147 

indicates at least a contribution of Rh6 to the immediate effect of red light. However, flies 

148 

lacking Rh1 and Rh6 show an immediate behavioural response to a  twenty-minute white 

149 

light  pulse  (I  =  4,1  W/m

2

,  Fig.3G  and  Fig.S1M),  indicating  that  both  rhodopsins  are 

150 

dispensable for the immediate effect of white light on eclosion. White light includes short-

151 

wavelength light, which is mainly detected by the inner photoreceptor cells R7 and R8 

44-46

152 

To further disentangle the role of the R7, R8 cells, we screened rhodopsin and photoreceptor 

153 

mutants  for  their  behavioural  response  to  white  light  (Fig.3G-J).  The  quadruple  mutant 

154 

(

rh5

2

;rh3

1

,rh4

1

,rh6

1

)

 

lacks all rhodopsins of the inner photoreceptors, so that light perception 

155 

is only possible via R1-R6. The lack of the lights-on response (Fig.3H and Fig.S1N) indicates 

156 

that (1) R7 and/ or R8 transmit light information for the lights-on response and (2) functional 

157 

outer  photoreceptors  are  not  sufficient  to  trigger  immediate  eclosion.  To  address  if  R7  is 

158 

involved in the immediate effect of light, we monitored eclosion in 

sevenless

 mutants (

sev

LY3

159 

Fig.3I  and  Fig.S1O).  Flies  without  R7  photoreceptor  cells  show  an  immediate  response, 

160 

suggesting that R8 cells are responsible for transmitting light information. Since the absence 

161 

of Rh6 has no effect on the immediate response to white light (Fig.3G and Fig.S2), we tuned 

162 

our attention to Rh5, which is also expressed in R8 cells. As expected, 

rh5

 mutants (

rh5

2

163 

show  no  lights-on  response  (Fig.3J  and  Fig.S1P).  Thus,  pale  R8  ommatidia  expressing 

164 

functional Rh5 turned out to be essential for the immediate response to white light. In line 

165 

with this hypothesis, we optogenetically activated 

rh5

-expressing R8 neurons (Fig.3K,L and 

166 

Fig.S2C). 

Photostimulation 

of 

rh5

-positive 

neurons 

via 

Channelrhodopsin-2

XXL

 

167 

(

rh5

G

>chop2

XXL

,  Fig.3K; 

52,53

)  using  a  short  blue  light  pulse  of  2  min  triggered  immediate 

168 

eclosion  within  the  first  10  min,  while  this  short  light  pulse  was  not  sufficient  to  cause  a 

169 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

significant increase in eclosion in control flies (Fig.3L and Fig.S1Q,R). This demonstrates 

170 

that activation of 

rh5

-positive R8 cells can trigger immediate eclosion. Our data demonstrate 

171 

that Rh5-expressing R8 cells are necessary and sufficient for the immediate effect of white 

172 

light  on  eclosion.  We  cannot  completely  rule  out  a  contribution  from  the  other 

173 

photoreceptors,  Rh6  in  particular  seems  to  mediate  the  immediate  effects  of  red  light  on 

174 

eclosion.     

175 

 

176 

In  a  next  step  we  aimed  to  investigate  whether  the  same  photoreceptors  that  mediate 

177 

immediate light effects on eclosion are generally responsible for mediating immediate light 

178 

effects.  For  this,  we  focussed  on  immediate  light  effects  on  locomotor  activity.  Unlike 

179 

eclosion, which occurs only once in a fly’s lifetime, activity can be recorded in individual flies, 

180 

and consequently the immediate effects of light on activity can be studied multiple times per 

181 

the  24h  day 

42-44

.  This  allowed  us  to  test  the  effects  of  completely  unexpected  light  by 

182 

administering the light pulse during the night to flies that are otherwise normally entrained 

183 

to light-dark cycles. Previous studies have shown that flies respond strongly to unexpected 

184 

light  during  the  night 

42,43,54

.  In  contrast,  responses  to  light  during  the  subjective  day  are 

185 

strongly modulated by the circadian clock and thus can be either suppressed or promoted 

186 

42-44

. Importantly, the effects of light administered at CT 0 are difficult to distinguish from the 

187 

activity-promoting  effects  of  the  circadian  clock  in  the  morning.  Therefore,  we  chose  a 

188 

different  experimental  paradigm  from  that  used  for  the  experiments  on  eclosion  and 

189 

administered  a  twenty-minute  white  light  pulse  (I  =  0.923  W/m

2

)  at  ZT22,  i.e.  two  hours 

190 

before the expected onset of light at ZT0. This paradigm even allowed us to distinguish the 

191 

flies’ responses to unexpected light from the expected lights-on response observed at the 

192 

transition from night to day at ZT0 (startle response, Fig.4A). It has been shown that this 

193 

startle response depends on the compound eyes 

16

. As expected, the light pulse at ZT22 

194 

elicits an immediate increase in locomotor activity in control flies (

w

1118

; Fig.4A). Surprisingly, 

195 

the  immediate  light  response  in  locomotor  activity  is  also  present  in  eyeless  flies,  that  in 

196 

addition  lack  functional  CRY  (

cli

eya

;cry

b

;  Fig.4B).  Thus,  neither  photoreceptor  cells  of  the 

197 

compound eyes nor CRY are required for the increase in activity in response to light at night 

198 

(Fig.4B  and  Fig.S3  for 

rh

  and 

norpA

  mutants).  Nevertheless,  these  photoreceptors  might 

199 

contribute to the response to unexpected light, as the increase of locomotor activity in the 

200 

mutants was lower than in 

w

1118

 flies (compare Fig. 4A to Fig. 4B). In addition, we analysed 

201 

locomotor activity in two different 

cry

 mutants to clarify the role of photosensitive neurons 

202 

outside the visual system (

cry

b

 and 

cry

01

). Flies without functional CRY responded to light at 

203 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

ZT22 with an immediate increased locomotor activity that was lower than that of the controls 

204 

(Fig.4C and Fig.S3A). Further, immediate light effects can be seen in flies with disabled light 

205 

perception in photoreceptors of the ocelli (

rh2

1

, Fig.4D) and flies without Rh5 and Rh6 and 

206 

therefore  without  functional  eyelets  (

rh5

2

,  rh6

1

;  Fig.4E).  Thus,  all  the  different  cells  and 

207 

organs that perceive light appear to mediate its immediate effects and compensate for the 

208 

failure of individual photoreceptors, so that flies can respond immediately to a light stimulus 

209 

at night. In contrast, flies without a functional histidine decarboxylase (

hdc

JK910

), the enzyme 

210 

necessary  for  histamine  synthesis,  show  no  increase  in  locomotor  activity  in  response  to 

211 

light (Fig.4F). Histamine is the main transmitter of the photoreceptor cells of the eyes, ocelli 

212 

and eyelets 

55

, leaving the hypothesis that 

cry

-positive cells alone may not be sufficient to 

213 

elicit  the  lights-on  response.  A  closer  examination  of  the  activity  pattern  suggests  that 

214 

hdc

JK910

 mutants display a reduced activity during the light pulse and increase it after the 

215 

light-pulse has ended. CRY thus appears to be involved in the response to unexpected light, 

216 

but may act in the opposite direction to the rhodopsins of the photoreceptors. Contrasting 

217 

effects of CRY and the visual system on fly activity have also been observed previously 

56

 

218 

and merit further investigation by future studies.  

219 

 

220 

In  summary,  our  data  provide  evidence  that  photoreceptors  of  the  compound  eyes  are 

221 

involved in the masking effect of expected light, while unexpected light at night is mediated 

222 

by  histamine-positive  cells  and  therefore  a  combination  of  the  eyes,  H-B  eyelets  and 

223 

potentially the ocelli and CRY. 

224 

 

225 

DISCUSSION 

226 

The immediate effect of light on locomotor activity is evident every morning in flies under LD 

227 

rhythms at ZT0 

16,17

. Interestingly, former studies showed, that the immediate increase in 

228 

locomotion  at  ZT0  depends  on  the  compound  eyes  and  is  completely  absent  in  eyeless 

229 

flies

16

. Here, we observed the same: eyeless flies (

cli

eya

;cry

b

 mutants, which lack functional 

230 

CRY in addition to the eyes) as well as flies without histamine (

hdc

JK910

 mutants) lack the 

231 

startle response at ZT0 (first column, Fig.4B,F). Nevertheless, a light pulse during the night 

232 

two hours before lights-on at ZT22, provokes an immediate increase in activity in 

cli

eya

;cry

b

 

233 

mutants (Fig.4B). Only the disruption of neuronal communication of photoreceptor cells of 

234 

the eyes, ocelli and eyelets by the loss of histamine (

hdc

JK910

 mutants) prevents a startle 

235 

response to light at night (ZT22, Fig. 4F). The immediate increase in activity in response to 

236 

unexpected  light  at  ZT22  is  thus  mediated  by  functionally  redundant  photoreceptor  cells, 

237 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

whereas  the  startle  response  at  ZT0  depends  purely  on  the  receptors  in  the  eyes.  The 

238 

immediate  effect  of  light  on  locomotion  in 

Drosophila

  is  modulated  in  a  time-of-day-

239 

dependent manner: light at night increases activity, while activity is suppressed during the 

240 

day 

42,43

. The switch in behaviour seems to depend on the daily morphological changes of 

241 

central clock neurons 

43

 and on a light-mediated circuit switching in the 

Drosophila

 neuronal 

242 

clock network 

57

. The differences in the photoreceptor requirements observed between ZT22 

243 

and ZT0 in this study might reflect the time of day and resulting morphological changes in 

244 

the downstream neuronal network.   

245 

The functional redundancy of photoreceptors was also described in nocturnal mice. Here, 

246 

bright light at night leads to an inhibition of locomotor activity, whereas dim light increases 

247 

activity 

58

–60

. Mice with degenerated retina (

rd/rd

 mice), devoid of rods and cones, lack the 

248 

increase of activity by dim light, but still show activity inhibition by bright light. In addition, 

249 

mice lacking the photopigment melanopsin (

Opn4

-/-

) in the retinal ganglion cells also show 

250 

inhibition of activity by bright light, while double mutants (

Opn4

-/-

; rd/rd

) lose the ability to 

251 

respond  to  light 

49,50,61

.  Thus,  also  in  mice,  several  photopigments  contribute  to  the 

252 

immediate light responses and these can compensate to a certain degree the loss of each 

253 

other to ensure immediate responses to unexpected external stimuli.  

254 

Interestingly,  recent  data  suggests  that  CRY  suppresses  activity  during  the  night  in  flies, 

255 

while the absence of CRY enhances activity during moonlit nights 

62

. Flies were as active 

256 

during  moonlit  nights  as  they  were  during  the  day,  suggesting  that  CRY  is  important  for 

257 

distinguishing nocturnal low light of moonlight intensity from day light. Interestingly, this is 

258 

consistent with data from marine bristle worms 

63

. If CRY is present, it seems to suppress 

259 

activity during the night in the diurnal 

D. melanogaster 

and to suppress swarming activity 

260 

during  the  day  in  the  nocturnal  marine  bristle  worms.  This  finding  for 

Drosophila

  is 

261 

corroborated by the present study: 

cry

b

 mutants show strong immediate light effects upon a 

262 

light  pulse,  but  flies  that  lack  the  function  of  all  photoreceptors  except  of  CRY  (

hdc

JK910

 

263 

mutants) have decreased responses to unexpected light. In summary, we conclude that the 

264 

immediate  light  effects  of  adult  flies  in  response  to  nocturnal  light  are  mediated  by  all 

265 

rhodopsins  (those  in  the  compound  eyes,  the  H-B  eyelets  and  putatively  also  the  ocelli), 

266 

while they are inhibited by CRY. This is again different for the startle response at ZT0. Here 

267 

we could not see any inhibiting effect of CRY. 

268 

The immediate effect of white light on eclosion depends on pale R8 cells in the compound 

269 

eyes. White light elicits eclosion in flies without functional ocelli, H-B eyelets and 

cry

-positive 

270 

photoreceptive cells, while flies with impaired phospholipase C activity and without eyes or 

271 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Rh5 lack the lights-on response. Masking by red light, however, depends on Rh6-positive 

272 

yellow  R8  cells.  Rh6  is  also  expressed  in  the  H-B  eyelet  of  adult  flies 

63,35

.  During 

273 

metamorphosis  four  larval  Rh5  photoreceptors  switch  rhodopsin  expression  and  become 

274 

the adult Rh6-positive eyelet 

34

. It was demonstrated that these extraretinal photoreceptors 

275 

are  involved  in  entrainment,  but  they  only  fulfil  this  function  a  few  days  after  eclosion 

276 

because the H-B eyelets need several days to become mature 

63

. Therefore, it is unlikely 

277 

that the H-B eyelets contribute to the light effects during eclosion. 

278 

  

279 

Limitations of the study 

280 

Even though the context dependent behavioural plasticity depends on the circadian clock, 

281 

the increase in locomotor activity in response to light is still visible in flies without functional 

282 

internal  clocks 

42,43,64

.  We  cannot  completely  exclude  that  contextualization  of  the  light 

283 

stimulus is disturbed in 

hdc

JK910

 mutants leading to a decrease in activity in response to light 

284 

at ZT22. In any case, the experiments using the 

hdc

JK910

 mutants show that the immediate 

285 

effects of light on locomotion are mediated via neurotransmission through histamine, which 

286 

is the main transmitter of the compound eyes, ocelli and H-B eyelets 

55

. The H-B eyelets 

287 

use additionally acetylcholine (ACh) as a neurotransmitter 

36

 and a recent study shows that 

288 

this  is  also  true  for  the  inner  photoreceptors  R8 

65

.  Most  interestingly,  ACh  appears  to 

289 

transmit photic input to the circadian clock, while histamine transmits visual signals for image 

290 

detection  and  motion.  Thus,  consistent  with  our  results  histamine  seems  to  be  the 

291 

transmitter for the direct light responses. 

292 

For the immediate effect of white light on eclosion, only Rh5 in R8 cells of the compound 

293 

eyes is needed. Possibly, not all photoreceptors are yet mature at the time of eclosion. This 

294 

is certainly true for the H-B eyelets that are fully functional only several days after eclosion 

295 

63

. For the other photoreceptors such a delayed maturation is not known. R8 photoreceptors 

296 

develop  first,  but  retina  formation  is  completed  in  pupal  state  P13/P14  including 

297 

photoreceptor differentiation and Rhodopsin expression 

66,67,68

. Nevertheless, it is possible 

298 

that not all the connections to the central brain, particularly those that connect to activity-

299 

promoting centres, are fully established.  

300 

 

301 

ACKNOWLEDGMENTS 

302 

We thank Claude Desplan, Craig Montell, Christopher Schnaitmann and Ralf Stanewsky 

303 

for providing flies and Simon Sprecher for sharing antibodies. This work was supported by 

304 

grants from the German Research Foundation (DFG) to MS (PA3241/2-1) and DP 

305 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

(PA1979/2-1, PA1979/5-1). Stocks obtained from the Bloomington Drosophila Stock 

306 

Center (NIH P40OD018537) were used in this study. 

307 

 

308 

AUTHOR CONTRIBUTIONS 

309 

Conceptualization, M.S.; Methodology, D.P., C.H.-F., and M.S.; Software, T.T.; 

310 

Investigation, D.B., N.D.F., and C.M.; Writing, C.H.-F., D.P., and M.S.; Visualization, D.B., 

311 

and M.S.; Funding Acquisition, C.H.-F., and M.S. 

312 

 

313 

DECLERATION OF INTERESTS

 

314 

The authors declare no competing interests

.

 

315 

 

316 

FIGURE LEGENDS 

317 

Fig.1:  The  immediate  light  effect  on  eclosion  behaviour.

 

(A)

  Eclosion  pattern  of 

318 

Drosophila

  flies  in  ten  minutes  intervals  at  the  times  around  lights-on.  Light  elicits  an 

319 

immediate increase in eclosion. 

(B,C) 

The lights-on response is visible in flies perceiving a 

320 

twenty-minute light pulse (B) one hour before (-1) or (C) one hour after (1) expected lights-

321 

on at CT (circadian time) 0. 

(D-

D’)

 Wildtype CantonS (CS) flies show an immediate response 

322 

to light (

D), while flies in darkness lack the eclosion peak (D’). 

(D’’)

 The third plot combines 

323 

(D)  and  (D’)  to  visualize  the  immediate  light  response  in  comparison  to  the  appropriate 

324 

controls  monitored  in  darkness.  Grey  bars:  %  eclosion  in  dark  phase,  yellow  bars:  % 

325 

eclosion in light phase; dashed bars: % eclosion in controls. n= 384 (A), 516 (B), 524 (C), 

326 

649 (D), 636 (D’). See also Figure S1. 

327 

 

328 

Fig.2: The immediate light effect on eclosion behaviour requires the compound eyes 

329 

and phospholipase C activity.

 

(A-E)

 Eclosion pattern in ten minutes intervals at the times 

330 

around  circadian  time  (CT)  0.  Each  plot  visualizes  the  results  for  the  experimental  (grey, 

331 

yellow bars) and control groups (dashed bars) as shown in Fig.1D-

D’’. 

(B,C)

 Flies without 

332 

eyes  (B, 

cli

eya

)  and  impaired  phospholipase  C  activity  (C, 

norpA

p41

)  lack  the  lights-on 

333 

response. 

(D,E)

 Flies lacking the rhodopsin (Rh) of the ocelli photoreceptor cells (D, 

rh2

1

334 

or the photoprotein Cryptochrome (E, 

cry

01

) respond to light. Grey bars: % eclosion in dark 

335 

phase, yellow bars: % eclosion in light phase; dashed bars: % eclosion in darkness controls. 

336 

n

exp

, n

ctrl

 = 524, 544 (A); 502, 508 (B); 520, 539 (C); 604, 584 (D); 510, 556 (E). See also 

337 

Figure S1. 

338 

 

339 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Fig.3:  The  immediate  light  effect  on  eclosion  behaviour  depends  on  R8  cells.

 

(A-J) 

340 

Eclosion pattern in ten minutes intervals at the times around circadian time (CT) 0. Each 

341 

plot  visualizes  the  results  for  the  experimental  (grey,  yellow  bars)  and  control  groups 

342 

(dashed bars) as shown in Fig.1D-

D’’. 

(A-C)

 Twenty-minute blue (A, 455

– 475 nm, I = 3,6 

343 

W/m

2

), green (B, 510

– 545 nm, I = 2 W/m

2

) and red (C, 625

– 642 nm, I = 2,3 W/m

2

) light 

344 

pulses elicit immediate eclosion. 

(D-F)

 The eclosion response to red light is visible in 

rh1

 (D, 

345 

ninaE

17

) but gone in 

rh6

 mutants (E,

 rh6

1

) and 

rh1,rh6

 double mutants (F, 

ninaE

1

; rh6

1

). 

(G)

 

346 

In contrast, 

rh1,rh6

 double mutants (

ninaE

1

; rh6

1

) respond with an increase of eclosion to 

347 

white  light  (I  =  4,1  W/m

2

). 

(H)

  The  quadruple  mutant  (

rh5

2

rh3

1

rh4

1

,

 

rh6

1

),  lacking  all 

348 

rhodopsins of the inner photoreceptors, shows no reaction to light. 

(I)

 The lights-on response 

349 

in  flies  without  R7  cells  (

sev

LY3

). 

(J)

  Flies  lacking  Rh5  (

rh5

2

)  do  not  respond  to  light  with 

350 

increased eclosion. 

(K)

 Optogenetic activation of 

rh5

-positive neurons with a 2 min blue light 

351 

pulse  (blue  line;  455-475nm,  I  =  3,41 

W/mm

2

)  one  hour  after  expected  lights-on  elicits 

352 

eclosion. 

(L) 

Control flies without Gal4 expression (

w

1118

; chop2

XXL

) do not respond to the 2 

353 

min light pulse. n

exp

,

 

n

ctrl

 = 534, 1543 (A); 521, 1543 (B); 547, 1543 (C); 511, 512 (D); 579, 

354 

731 (E); 604, 567 (F); 561, 567 (G); 595, 518 (H), 525, 531 (I); 585, 506 (J); n= 516 (K), 515 

355 

(L). See also Figure S1. 

356 

 

357 

Fig. 4: The immediate effect of light on locomotor activity is visible  in flies without 

358 

functional eyes, photosensation in cry-positive cells or ocelli.

 

(A-F) 

Activity pattern in 

359 

ten  minutes  intervals  at  the  time  around  Zeitgeber  time  (ZT)  0.  First  and  second  column 

360 

show bar plots of mean 

 SEM activity at the day the light pulse was applied (second column) 

361 

and  the  activity  of  the  same  flies  on  the  previous  day  (first  column).  The  third  column 

362 

visualizes the comparison between the mean activity at ZT22 in 10 minutes intervals (0’-10’ 

363 

and 10’-20’) during the light pulse (L) and the previous control day in darkness (D). Data are 

364 

presented as mean (bar plot) and individual values (dots). 

(A)

 Control flies (

w

1118

) and 

(B)

 

365 

eyeless (

cli

eya

cry

b

) flies, 

(C) 

flies lacking Cryptochrome (

cry

01

), 

(D)

 flies without functional 

366 

ocelli photoreceptors (

rh2

1

), 

(E) 

flies

 

without Rh5 and Rh6 (

rh5

2

rh6

1

)

 

increase activity in 

367 

response  to  light  at  ZT22. 

(F)

  The  light  response  is  absent  in  flies  that  lack  the  histidine 

368 

decarboxylase (

hdc

JK910

) and therefore histamine, the transmitter of photoreceptor cells. n = 

369 

27- 32; asterisks denote level of significance: *p

0.05, **p

0.01, ***p

0.001, ****p

0.0001. 

370 

See also Figure S3 and Table S1. 

371 

 

372 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

STAR Methods 

373 

RESOURCE AVAILABILITY 

374 

Lead contact 

375 

Further information and requests for resources and reagents should be directed to and will 

376 

be fulfilled by the lead contact, Mareike Selcho (mareike.selcho@uni-leipzig.de). 

377 

 

378 

Materials availability 

379 

This study did not generate new unique reagents. 

380 

 

381 

Data and code availability 

382 

The datasets generated and analysed during the current study are available from the lead 

383 

contact on reasonable request.  

384 

All  code  and  further  information  is  publicly  accessible  and  can  be  found  at 

385 

https://zenodo.org/records/10985365. 

386 

Any additional information required to reanalyse the data reported in this paper is available 

387 

from the lead contact upon request. 

388 

 

389 

Experimental Model and Study Participant Details 

390 

Fly stocks 

391 

Flies (

Drosophila melanogaster

) were raised on standard cornmeal and molasses medium 

392 

at 25°C and 65% relative humidity at a 14:10 light-dark (L:D) cycle unless otherwise stated. 

393 

For optogenetic experiments, vials have been covered with a light filter foil (Nr. 026; LEE 

394 

Filters Worldwide, UK). The following

 

flies were used in this study: 

cli

eya

 (

69

), 

cry

01

 (

70

), 

cry

b

 

395 

(

71

,  kind  gift  of  R.  Stanewsky), 

hdc

JK910

  (

72

), 

nina

E17

  (

73,74

), 

norpA

p41

  (

75,76

,  kind  gift  of  R. 

396 

Stanewsky), 

rh2

1

 (

77

, kind gift of C. Montell), 

rh5

2

 (

78

, kind gift of R. Stanewsky),

 rh6

1

 (

79

, kind 

397 

gift of C. Montell), 

nina

E17

;

 rh6

(

80

), 

sev

LY3

 (

81

) and the following combinations of the mutants 

398 

were used: 

cli

eya

; cry

b

 and 

rh5

2

; rh6

and 

rh5

2

; rh3

1

, rh4

1

, rh6

1

. The Gal4- and UAS- lines 

399 

used: 

rh5

G

  (

77

,  kind  gift  of  C.  Montell;  BDSC  #66671), 

UAS-chop2

XXL

  (

53

), 

10xUAS-IVS-

400 

myr::GFP

 (

82

; BDSC #32197). 

401 

Seven to nine days old pupae, of both sexes were used for eclosion experiments and two 

402 

to four days old flies of both sexes were used for locomotor activity measurements. 

403 

 

404 

METHOD DETAILS 

405 

Eclosion behaviour 

406 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

To investigate the immediate light effect on eclosion behaviour, an eclosion monitor based 

407 

on  the  WEclMon-System 

83,84

  was  used  (Fig.S4A).  Experiments  were  performed  under 

408 

constant  temperature  (24.5°C 

  0.2°C)  and  humidity  (around  65%  RH).  Temperature 

409 

fluctuations upon light exposure were below 0.2°C. Seven to nine days old pupae, of both 

410 

sexes, were placed onto a transparent acrylic plate. This plate was placed on an area light 

411 

with an RGB or White-LED illumination (LED-color: 

(blue)= 455 

– 475 nm, 

(green)= 510 

412 

– 545 nm, 

(red)= 625 

– 642 nm; white LED (

430 

– 730 nm, Fig.S4B); Hansen GmbH, 

413 

Germany,  Luminous  Panel  (RGBW))  and  an  additional  IR  LED  strip  was  installed  at  the 

414 

bottom  of  the  lighting  unit  (SOLAROX®  LED, 

(infrared)  =  850nm,  IR1-60-850,  Winger 

415 

Electronics GmbH & Co. KG, Germany) and covered with an aluminium box. Flies were kept 

416 

in darkness and received a twenty-minute light pulse one hour after expected lights-on (CT1) 

417 

on  the  second  day,  or  remained  in  darkness  (darkness  control).  The  eclosion  monitor  is 

418 

equipped with a camera (DMK 27AUC02 with a TPL 0420 6MP objective; DMK 37BUX287 

419 

with a TPL 0620 6MP objective, The Imaging Source Europe GmbH) that took images every 

420 

two  minutes  (IC  Capture  64bit,  V2.5.1547.4007,  The  Imaging  Source  Europe  GmbH, 

421 

Germany). We developed a Python-script for Fiji (V2.9.0, 

85

) that was able to independently 

422 

scan a selected image sequence for eclosion events (detailed description below).

 

  

423 

 

424 

Eclosion data analysis 

425 

The detection of hatching events is based on the difference in brightness between a pupa 

426 

and an empty pupal case. The latter is almost transparent while a late pupa is considerably 

427 

darker (Fig.S4C, empty pupal case marked with an asterisk). In the first step of the analysis 

428 

all  pupae  are  detected.  The  pupae  are  darker  than  the  background  and  can  be  easily 

429 

extracted in a single image. After setting a threshold (Fig.S4D), objects are detected, and 

430 

their outlines stored. Objects that are outside of the parameters defined for a pupa (area too 

431 

big  or  too  small)  are  excluded.  Note  the  empty  pupal  case  that  is  excluded  from  further 

432 

analysis. As the pupae are stationary, we can follow them through time and calculate the 

433 

median  grey  value  of  the  area  contained  in  their  respective  outlines  (Fig.S4E)  for  each 

434 

frame. Alternatively, the average or mode (i.e. most frequent) grey values can be used. A 

435 

large jump in brightness indicates an eclosion event (Fig.S4F-H). The median grey values 

436 

are more than doubled from around 40 to almost 100. For each eclosion event a few frames 

437 

before and after the event are extracted to help with manual confirmation of real hatching 

438 

events or to exclude inaccurate detections (Fig.S4G). The time for each eclosion event is 

439 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

stored  in  a  csv  file  for  further  analysis.  Additional  checks  are  implemented  to  reduce  the 

440 

number of incorrect detections and handle changes in lighting. See the commented source 

441 

code for details. The complete workflow is implemented as a Python script for Fiji. Specific 

442 

parameters that depend on camera resolution, optics and lighting can be set manually (e.g. 

443 

area of the pupae in pixel, difference in brightness for full and empty pupae, etc.). All code 

444 

and further information can be found at https://zenodo.org/records/10985365. 

445 

For the evaluation of eclosion events, a time window of five hours was chosen, from two 

446 

hours  before  expected  lights-on  to  three  hours  after  expected  lights-on.  To  calculate  the 

447 

eclosion percentage (% eclosion), the number of flies eclosed in a 10 min time interval was 

448 

normalized  to  the  number  of  flies  eclosed  during  the  5  h  time  window.  The  bar  plots  in 

449 

Fig.1D’’, Fig.2 and Fig.3 visualize the eclosion of flies perceiving a 20 min light pulse and of 

450 

appropriate control flies kept in darkness (Fig.1D-

D’’). n refers to the number of individuals 

451 

tested.  

452 

To analyse changes in eclosion in response to light, eclosion percentage of experimental 

453 

(L) and control (D) flies in the first 10 min (0’-10’) and second 10 min (10’-20’) interval after 

454 

lights-on at CT1 was compared. Data was analysed with Excel (Microsoft) and Prism 8.2 

455 

(GraphPad). The Shapiro-Wilk test was used to analyse normal distribution and data were 

456 

compared by an unpaired two-tailed t-test. Not normally distributed data were compared by 

457 

a nonparametric Mann-Whitney rank sum test. Prism was used to plot the results (Fig.S1 

458 

and S2). Barplots show the mean and individual values in the first and second ten minutes 

459 

interval at CT1 in light and darkness. Significance levels refer to the raw p values obtained 

460 

in the statistical tests. N refers to the eclosion experiments analysed. 

461 

 

462 

Optogenetics 

463 

For  optogenetic  activation,  Channelrhodopsin-2

XXL

  (UAS-

chop2

XXL

)  has  been  used  to 

464 

depolarize 

rh5

-positive  neurons  by  blue  light.  Pupae  have  been  collected  under  red  light 

465 

during  their  subjective  day  to  monitor  eclosion.  One  hour  after  expected  lights-on  pupae 

466 

received a 2 min blue light stimulus (455 

– 475 nm, 

 = 3,41 

W/mm

2

) and eclosion was 

467 

monitored as described above. n refers to the number of individuals tested. Barplots show 

468 

the mean and individual values in the ten minutes interval before and under/after the 2 min 

469 

light pulse  at CT1. Significance levels refer to the raw p values obtained in the statistical 

470 

tests. N refers to the eclosion experiments analysed. 

471 

 

472 

Locomotor Activity  

473 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Flies were entrained to a 12:12 LD rhythm to be able to compare results to the data by 

42,43

474 

To investigate the lights-on effect on locomotor activity, we placed two to four days old flies 

475 

of  both  sexes  in  small  glass  tubes  with  2%  agarose  and  4%  sugar  on  one  side  into  the 

476 

Drosophila

  Activity  Monitoring  System  (DAM,  V2,  TriKinetics  Inc.,  USA)  and  recorded 

477 

locomotor activity for the next four night-day cycles under constant temperature and humidity 

478 

(24.9 

 0.1°C, 

65% RH). In the first three night-day cycles the light regime did not differ 

479 

from the entrained rhythm (12:12 LD). On the fourth night, a 20 min light pulse (

435 

– 

480 

780 nm, I = 0.923 W/m

2

100 lux) was given two hours before normal lights-on at ZT22. 

481 

The data received from the DAM system was analysed by taking the number of counts of a 

482 

10 min interval of each tube and calculating the average activity. This was done for both the 

483 

6 h time window (-3 h to +3 h from ZT0) in which the 20 min light pulse was given and the 

484 

same time window on the day before, which was used as control. To analyse changes in 

485 

locomotor activity in response to light, the activity at ZT22 under light (L) was compared to 

486 

the  activity  at  ZT22  in  darkness  (D)  the  day  before  (third  column  Fig.4,  S3).  Data  was 

487 

analysed with Excel (Microsoft) and Prism 8.2 (GraphPad). The Shapiro-Wilk test was used 

488 

to analyse normal distribution and data was compared by a paired two-tailed t-test and for 

489 

not normally distributed data by a Wilcoxon signed rank test. Prism was used to plot data. 

490 

Activity levels in the first and second ten minutes interval at ZT22 are presented as bar plots 

491 

showing the mean and individual values (Fig.4, S3). Significance levels refer to the raw p 

492 

values obtained in the statistical tests.  

493 

 

494 

Immunohistochemistry 

495 

rh5

> 10xmyrGFP

 pharate flies have been used to confirm GAL4 expression in Rh5-positive 

496 

R8 cells (Fig. S2C). Whole heads have been fixed for 2 hours in 4% PFA. After washing in 

497 

PBS (Phosphate Buffered Saline) specimens have been embedded in 7% agarose and cut 

498 

into 70-100 

m sections using a vibratome (Leica VT1000S; 

86

). Sections have been washed 

499 

three times for 10 min in 0.3% PBT (PBS with 0.3% TritonX-100), blocked for 1,5 h in 5% 

500 

normal goat serum in PBT. Afterwards the first antibody solution was incubated overnight at 

501 

4°C. Specimens were washed six times and the second antibody solution was added and 

502 

incubated  overnight  at  4°C.  After  another  washing  step,  specimens  were  mounted  in 

503 

Vectashield  (Vector  Laboratories)  and  stored  at  4°C  until  scanning.  Probes  have  been 

504 

imaged using a LSM 800 (Zeiss). Afterwards the images have been edited for brightness 

505 

and contrast using FIJI and Adobe Photoshop (V23.5.3). 

506 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

The  following  antibodies  were  used:  rabbit-

α-GFP  (1:1000;  ThermoFisher  Scientific, 

507 

A11122), 3C11 

α-Synapsin (1:50, 

87

), goat-

α-rabbit AlexaFluor 488 (1:250, ThermoFisher 

508 

Scientific , A11034) and goat-

α-mouse STAR RED (1:250, Abberior, STRED-1001).  

509 

 

510 

QUANTIFICATION AND STATISTICAL ANALYSIS 

511 

All statistical analysis and p-values are included in TableS1. Eclosion behaviour: the 

512 

Shapiro-Wilk test was used to analyse normal distribution and data were compared by an 

513 

unpaired two-tailed t-test. Not normally distributed data were compared by a 

514 

nonparametric Mann-Whitney rank sum test. Prism was used to calculate p-values and 

515 

plot the results (Fig.S1 and S2). Locomotor activity: the Shapiro-Wilk test was used to 

516 

analyse normal distribution and data was compared by a paired two-tailed t-test and for 

517 

not normally distributed data by a Wilcoxon signed rank test. Prism was used to calculate 

518 

p-values and plot the results (Fig.4 and S3). 

519 

 

520 

 

521 

REFERENCES 

522 

1. 

Daan, S., and Tinbergen, J. (1979). Young Guillemots (

Uria lomvia

) leaving their 

523 

arctic breeding cliffs: a daily rhythm in numbers and risk. Ardea 

67

, 96

–100. 

524 

2. 

DeCoursey, P.J., Walker, J.K., and Smith, S.A. (2000). A circadian pacemaker in 

525 

free-living chipmunks: essential for survival? J. Comp. Physiol. A 

186

, 169

–180. 

526 

3. 

Erkert, H.G., and Gröber, J. (1986). Direct modulation of activity and body 

527 

temperature of owl monkeys (

Aotus lemurinus griseimembra

) by low light intensities. Folia 

528 

Primatol. 

47

, 171

–188. 10.1159/000156276. 

529 

4. 

Aschoff, J., and von Goetz, C. (1989). Masking of circadian activity rhythms in 

530 

canaries by light and dark. J. Biol. Rhythms 

4

, 29

–38. 10.1177/074873048900400102. 

531 

5. 

Badia, P., Myers, B., Boecker, M., Culpepper, J., and Harsh, J.R. (1991). Bright light 

532 

effects on body temperature, alertness, EEG and behavior. Physiol. Behav. 

50

, 583

–588. 

533 

6. 

Dijk, D.J., Cajochen, C., and Borbély, A.A. (1991). Effect of a single 3-hour 

534 

exposure to bright light on core body temperature and sleep in humans. Neurosci. Lett. 

535 

121

, 59

–62. 

536 

7. 

Cajochen, C., Münch, M., Kobialka, S., Kräuchi, K., Steiner, R., Oelhafen, P., Orgül, 

537 

S., and Wirz-Justice, A. (2005). High sensitivity of human melatonin, alertness, 

538 

thermoregulation, and heart rate to short wavelength light. J. Clin. Endocrinol. Metab. 

90

539 

1311

–1316. 10.1210/jc.2004-0957. 

540 

8. 

Altimus, C.M., Güler, A.D., Villa, K.L., McNeill, D.S., Legates, T.A., and Hattar, S. 

541 

(2008). Rods-cones and melanopsin detect light and dark to modulate sleep independent 

542 

of image formation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 

105

, 19998

–20003. 

543 

10.1073/pnas.0808312105. 

544 

9. 

Mrosovsky, N. (1994). In praise of masking: behavioural responses of retinally 

545 

degenerate mice to dim light. Chronobiol. Int. 

11

, 343

–348. 

546 

10. 

Mrosovsky, N. (1999). Masking: history, definitions, and measurement. Chronobiol. 

547 

Int. 

16

, 415

–429. 

548 

11. 

Daan, S., Spoelstra, K., Albrecht, U., Schmutz, I., Daan, M., Daan, B., Rienks, F., 

549 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Poletaeva, I., Dell’Omo, G., Vyssotski, A., et al. (2011). Lab mice in the field: unorthodox 

550 

daily activity and effects of a dysfunctional circadian clock allele. J. Biol. Rhythms 

26

, 118

551 

129. 10.1177/0748730410397645. 

552 

12. 

Vanin, S., Bhutani, S., Montelli, S., Menegazzi, P., Green, E.W., Pegoraro, M., 

553 

Sandrelli, F., Costa, R., and Kyriacou, C.P. (2012). Unexpected features of 

Drosophila

 

554 

circadian behavioural rhythms under natural conditions. Nature 

484

, 371

–375. 

555 

10.1038/nature10991. 

556 

13. 

Schlichting, M., Menegazzi, P., and Helfrich-Förster, C. (2015). Normal vision can 

557 

compensate for the loss of the circadian clock. Proc. Biol. Sci. 

282

558 

10.1098/rspb.2015.1846. 

559 

14. 

Engelmann, W., and Honegger, H. (1966). Tagesperiodische Schlüpfrhythmik einer 

560 

augenlosen 

Drosophila melanogaster

- Mutante. Naturwissenschaften, 588. 

561 

15. 

McNabb, S.L., and Truman, J.W. (2008). Light and peptidergic eclosion hormone 

562 

neurons stimulate a rapid eclosion response that masks circadian emergence in 

563 

Drosophila

. J. Exp. Biol. 

211

, 2263

–2274. 10.1242/jeb.015818. 

564 

16. 

Rieger, D., Stanewsky, R., and Helfrich-Förster, C. (2003). Cryptochrome, 

565 

compound eyes, Hofbauer-Buchner eyelets, and ocelli play different roles in the 

566 

entrainment and masking pathway of the locomotor activity rhythm in the fruit fly 

567 

Drosophila melanogaster

. J. Biol. Rhythms 

18

, 377

–391. 10.1177/0748730403256997. 

568 

17. 

Wheeler, D.A., Hamblen-Coyle, M.J., Dushay, M.S., and Hall, J.C. (1993). Behavior 

569 

in light-dark cycles of 

Drosophila

 mutants that are arrhythmic, blind, or both. J Biol 

570 

Rhythms 

8

, 67

–94. 10.1177/074873049300800106. 

571 

18. 

Emery, P., So, W.V., Kaneko, M., Hall, J.C., and Rosbash, M. (1998). CRY, a 

572 

Drosophila

 clock and light-regulated Cryptochrome, is a major contributor to circadian 

573 

rhythm resetting and photosensitivity. Cell 

95

, 669

–679. 10.1016/S0092-8674(00)81637-2. 

574 

19. 

Stanewsky, R., Kaneko, M., Emery, P., Beretta, B., Wager-Smith, K., Kay, S.A., 

575 

Rosbash, M., and Hall, J.C. (1998). The cryb mutation identifies Cryptochrome as a 

576 

circadian photoreceptor in 

Drosophila

. Cell 

95

, 681

–692. 10.1016/S0092-8674(00)81638-

577 

4. 

578 

20. 

Helfrich-Förster, C., and Engelmann, W. (2002). Photoreceptors for the circadian 

579 

clock of the fruitfly. In Biological Rhythms, V. Kumar, ed. (Springer Berlin Heidelberg), 94

580 

106. 10.1007/978-3-662-06085-8_9. 

581 

21. 

Helfrich-Förster, C. (2002). The circadian system of 

Drosophila melanogaster

 and 

582 

its light input pathways1. Zoology 

105

, 297

–312. 10.1078/0944-2006-00074. 

583 

22. 

Helfrich, C., and Engelmann, W. (1983). Circadian rhythm of the locomotor activity 

584 

in 

Drosophila melanogaster

 

and its mutants ‘sine oculis’ and ‘small optic lobes.’ 

585 

Physiological Entomology 

8

, 257

–272. 10.1111/j.1365-3032.1983.tb00358.x. 

586 

23. 

Schlichting, M., Grebler, R., Peschel, N., Yoshii, T., and Helfrich-Förster, C. (2014). 

587 

Moonlight detection by 

Drosophila

 

’s endogenous clock depends on multiple 

588 

photopigments in the compound eyes. J Biol Rhythms 

29

, 75

–86. 

589 

10.1177/0748730413520428. 

590 

24. 

Schlichting, M., Grebler, R., Menegazzi, P., and Helfrich-Förster, C. (2015). Twilight 

591 

dominates over moonlight in adjusting 

Drosophila

 

’s activity pattern. J Biol Rhythms 

30

592 

117

–128. 10.1177/0748730415575245. 

593 

25. 

Rister, J., and Desplan, C. (2011). The retinal mosaics of opsin expression in 

594 

invertebrates and vertebrates. Dev Neurobiol 

71

, 1212

–1226. 10.1002/dneu.20905. 

595 

26. 

Heisenberg, M., and Buchner, E. (1977). The rôle of retinula cell types in visual 

596 

behavior of 

Drosophila melanogaster

. J. Comp. Physiol. 

117

, 127

–162. 

597 

10.1007/BF00612784. 

598 

27. 

Schnaitmann, C., Garbers, C., Wachtler, T., and Tanimoto, H. (2013). Color 

599 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

discrimination with broadband photoreceptors. Curr. Biol. 

23

, 2375

–2382. 

600 

10.1016/j.cub.2013.10.037. 

601 

28. 

Melnattur, K.V., Pursley, R., Lin, T.-Y., Ting, C.-Y., Smith, P.D., Pohida, T., and Lee, 

602 

C.-H. (2014). Multiple redundant medulla projection neurons mediate color vision in 

603 

Drosophila

. J. Neurogenet. 

28

, 374

–388. 10.3109/01677063.2014.891590. 

604 

29. 

Wernet, M.F., Velez, M.M., Clark, D.A., Baumann-Klausener, F., Brown, J.R., 

605 

Klovstad, M., Labhart, T., and Clandinin, T.R. (2012). Genetic dissection reveals two 

606 

separate retinal substrates for polarization vision in 

Drosophila

. Curr. Biol. 

22

, 12

–20. 

607 

10.1016/j.cub.2011.11.028. 

608 

30. 

Feiler, R., Harris, W.A., Kirschfeld, K., Wehrhahn, C., and Zuker, C.S. (1988). 

609 

Targeted misexpression of a 

Drosophila

 opsin gene leads to altered visual function. 

610 

Nature 

333

, 737

–741. 10.1038/333737a0. 

611 

31. 

Pollock, J.A., and Benzer, S. (1988). Transcript localization of four opsin genes in 

612 

the three visual organs of 

Drosophila

; RH2 is ocellus specific. Nature 

333

, 779

–782. 

613 

10.1038/333779a0. 

614 

32. 

Sabat, D., Priyadarsini, S., and Mishra, M. (2016). Understanding the structural and 

615 

developmental aspect of simple eye of 

Drosophila

: the ocelli. Journal of Cell Signaling 

1

616 

1

–10. 10.4172/2576-1471.1000109. 

617 

33. 

Hofbauer, A., and Buchner, E. (1989). Does 

Drosophila

 have seven eyes? 

618 

Naturwissenschaften 

76

, 335

–336. 10.1007/BF00368438. 

619 

34. 

Sprecher, S.G., and Desplan, C. (2008). Switch of rhodopsin expression in 

620 

terminally differentiated 

Drosophila

 sensory neurons. Nature 

454

, 533

–537. 

621 

10.1038/nature07062. 

622 

35. 

Yasuyama, K., and Meinertzhagen, I.A. (1999). Extraretinal photoreceptors at the 

623 

compound e

ye’s posterior margin in 

Drosophila melanogaster

. J. Comp. Neurol. 

412

, 193

624 

202. 10.1002/(SICI)1096-9861(19990920)412:2<193::AID-CNE1>3.0.CO;2-0. 

625 

36. 

Schlichting, M., Menegazzi, P., Rosbash, M., and Helfrich-Förster, C. (2019). A 

626 

distinct visual pathway mediates high light intensity adaptation of the circadian clock in 

627 

Drosophila

. J. Neurosci., 1497

–18. 10.1523/JNEUROSCI.1497-18.2018. 

628 

37. 

Yoshii, T., Todo, T., Wülbeck, C., Stanewsky, R., and Helfrich-Förster, C. (2008). 

629 

Cryptochrome is present in the compound eyes and a subset of 

Drosophila’s

 clock 

630 

neurons. J. Comp. Neurol. 

508

, 952

–966. 10.1002/cne.21702. 

631 

38. 

Benito, J., Houl, J.H., Roman, G.W., and Hardin, P.E. (2008). The blue-light 

632 

photoreceptor CRYPTOCHROME Is expressed in a subset of circadian oscillator neurons 

633 

in the 

Drosophila

 CNS. J Biol Rhythms 

23

, 296

–307. 10.1177/0748730408318588. 

634 

39. 

Hoang, N., Schleicher, E., Kacprzak, S., Bouly, J.-P., Picot, M., Wu, W., Berndt, A., 

635 

Wolf, E., Bittl, R., and Ahmad, M. (2008). Human and 

Drosophila

 Cryptochromes are light 

636 

activated by flavin photoreduction in living cells. PLoS Biol 

6

, e160. 

637 

10.1371/journal.pbio.0060160. 

638 

40. 

Fogle, K.J., Parson, K.G., Dahm, N.A., and Holmes, T.C. (2011). 

639 

CRYPTOCHROME is a blue-light sensor that regulates neuronal firing rate. Science 

331

640 

1409

–1413. 10.1126/science.1199702. 

641 

41. 

Emery, P., Stanewsky, R., Helfrich-Förster, C., Emery-Le, M., Hall, J.C., and 

642 

Rosbash, M. (2000). 

Drosophila

 CRY is a deep brain circadian photoreceptor. Neuron 

26

643 

493

–504. 10.1016/S0896-6273(00)81181-2. 

644 

42. 

Lu, B., Liu, W., Guo, F., and Guo, A. (2008). Circadian modulation of light-induced 

645 

locomotion responses in 

Drosophila melanogaster

. Genes, Brain and Behavior 

7

, 730

646 

739. 10.1111/j.1601-183X.2008.00411.x. 

647 

43. 

Song, B.J., Sharp, S.J., and Rogulja, D. (2021). Daily rewiring of a neural circuit 

648 

generates a predictive model of environmental light. Sci. Adv. 

7

, eabe4284. 

649 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

10.1126/sciadv.abe4284. 

650 

44. 

Feiler, R., Harris, W.A., Kirschfeld, K., Wehrhahn, C., and Zuker, C.S. (1988). 

651 

Targeted misexpression of a 

Drosophila

 opsin gene leads to altered visual function. 

652 

Nature 

333

, 737

–741. 10.1038/333737a0. 

653 

45. 

Feiler, R., Bjornson, R., Kirschfeld, K., Mismer, D., Rubin, G.M., Smith, D.P., 

654 

Socolich, M., and Zuker, C.S. (1992). Ectopic expression of ultraviolet-rhodopsins in the 

655 

blue photoreceptor cells of 

Drosophila

: visual physiology and photochemistry of transgenic 

656 

animals. J. Neurosci. 

12

, 3862

–3868. 

657 

46. 

Salcedo, E., Huber, A., Henrich, S., Chadwell, L.V., Chou, W.H., Paulsen, R., and 

658 

Britt, S.G. (1999). Blue- and green-absorbing visual pigments of 

Drosophila

: ectopic 

659 

expression and physiological characterization of the R8 photoreceptor cell-specific Rh5 

660 

and Rh6 rhodopsins. J. Neurosci. 

19

, 10716

–10726. 

661 

47. 

Redlin, U., Vrang, N., and Mrosovsky, N. (1999). Enhanced masking response to 

662 

light in hamsters with IGL lesions. J. Comp. Physiol. A 

184

, 449

–456. 

663 

48. 

Redlin, U., and Mrosovsky, N. (1999). Masking by light in hamsters with SCN 

664 

lesions. J. Comp. Physiol. A 

184

, 439

–448. 

665 

49. 

Mrosovsky, N., and Hattar, S. (2003). Impaired masking responses to light in 

666 

melanopsin-knockout mice. Chronobiol. Int. 

20

, 989

–999. 

667 

50. 

Panda, S., Provencio, I., Tu, D.C., Pires, S.S., Rollag, M.D., Castrucci, A.M., 

668 

Pletcher, M.T., Sato, T.K., Wiltshire, T., Andahazy, M., et al. (2003). Melanopsin is 

669 

required for non-image-forming photic responses in blind mice. Science 

301

, 525

–527. 

670 

10.1126/science.1086179. 

671 

51. 

Gall, A.J., Smale, L., Yan, L., and Nunez, A.A. (2013). Lesions of the intergeniculate 

672 

leaflet lead to a reorganization in circadian regulation and a reversal in masking responses 

673 

to photic stimuli in the nile grass rat. PLoS ONE 

8

, e67387. 

674 

10.1371/journal.pone.0067387. 

675 

52. 

Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., Ollig, D., 

676 

Hegemann, P., and Bamberg, E. (2003). Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-

677 

selective membrane channel. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 

100

, 13940

–13945. 

678 

10.1073/pnas.1936192100. 

679 

53. 

Dawydow, A., Gueta, R., Ljaschenko, D., Ullrich, S., Hermann, M., Ehmann, N., 

680 

Gao, S., Fiala, A., Langenhan, T., Nagel, G., et al. (2014). Channelrhodopsin-2

–XXL, a 

681 

powerful optogenetic tool for low-light applications. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 

111

682 

13972

–13977. 10.1073/pnas.1408269111. 

683 

54. 

Kim, E.Y., Bae, K., Ng, F.S., Glossop, N.R.J., Hardin, P.E., and Edery, I. (2002). 

684 

Drosophila

 CLOCK protein is under posttranscriptional control and influences light-induced 

685 

activity. Neuron 

34

, 69

–81. 10.1016/S0896-6273(02)00639-6. 

686 

55. 

Pollack, I., and Hofbauer, A. (1991). Histamine-like immunoreactivity in the visual 

687 

system and brain of 

Drosophila melanogaster

. Cell Tissue Res 

266

, 391

–398. 

688 

10.1007/BF00318195. 

689 

56. 

Kistenpfennig, C., Nakayama, M., Nihara, R., Tomioka, K., Helfrich-Förster, C., and 

690 

Yoshii, T. (2017). A tug-of-war between Cryptochrome and the visual system allows the 

691 

adaptation of evening activity to long photoperiods in 

Drosophila melanogaster.

 J Biol 

692 

Rhythms 33, 24-34. 10.1177/0748730417738612 

693 

57. 

Schlichting, M., Weidner, P., Diaz, M., Menegazzi, P., Dalla Benetta, E., Helfrich-

694 

Förster, C., and Rosbash, M. (2019). Light-mediated circuit switching in the 

Drosophila

 

695 

neuronal clock network. Current Biology 

29

, 3266-3276.e3. 10.1016/j.cub.2019.08.033. 

696 

58. 

Mrosovsky, N. (2003). Contribution of classic photoreceptors to entrainment. J 

697 

Comp Physiol A 

189

, 69

–73. 10.1007/s00359-002-0378-7. 

698 

59. 

Redlin, U., Cooper, H.M., and Mrosovsky, N. (2003). Increased masking response 

699 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

to light after ablation of the visual cortex in mice. Brain Research 

965

, 1

–8. 

700 

10.1016/S0006-8993(02)03844-1. 

701 

60. 

Mrosovsky, N., Foster, R.G., and Salmon, P.A. (1999). Thresholds for masking 

702 

responses to light in three strains of retinally degenerate mice. Journal of Comparative 

703 

Physiology A 

184

, 423

–428. 10.1007/s003590050341. 

704 

61. 

Hattar, S., Lucas, R.J., Mrosovsky, N., Thompson, S., Douglas, R.H., Hankins, 

705 

M.W., Lem, J., Biel, M., Hofmann, F., Foster, R.G., et al. (2003). Melanopsin and rod

–cone 

706 

photoreceptive systems account for all major accessory visual functions in mice. Nature 

707 

424

, 75

–81. 10.1038/nature01761. 

708 

62. 

Zurl, M., Poehn, B., Rieger, D., Krishnan, S., Rokvic, D., Veedin Rajan, V.B., 

709 

Gerrard, E., Schlichting, M., Orel, L., Ćorić, A., et al. (2022). Two light sensors decode 

710 

moonlight versus sunlight to adjust a plastic circadian/circalunidian clock to moon phase. 

711 

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 

119

, e2115725119. 10.1073/pnas.2115725119. 

712 

63.  

Helfrich-Förster, C., Edwards, T., Yasuyama, K., Wisotzki, B., Schneuwly, S., 

713 

Stanewsky, R., Meinertzhagen, I.A., and Hofbauer, A. (2002). The extraretinal eyelet of 

714 

Drosophila

: development, ultrastructure, and putative circadian function. J. Neurosci. 

22

715 

9255

–9266. 10.1523/JNEUROSCI.22-21-09255.2002. 

716 

64. 

Stoleru, D., Peng, Y., Agosto, J., and Rosbash, M. (2004). Coupled oscillators 

717 

control morning and evening locomotor behaviour of 

Drosophila

. Nature 

431

, 862

–868. 

718 

10.1038/nature02926. 

719 

65. 

Xiao, N., Xu, S., Li, ZK., Tang, M., Mao, R., Yang, T., Ma, SX., Wang, PH., Li, MT., 

720 

Sunilkumar, A., Rouyer, F., Cao, LH., and Luo, DG. (2023). A single photoreceptor splits 

721 

perception and entrainment by cotransmission. Nature 623, 562-570. 10.1038/s41586-

722 

023-06681-6. 

723 

66. 

Tomlinson, A., Ready, D.F. (1987). Neuronal differentiation in the 

Drosophila

 

724 

ommatidium. Devl. Biol 120, 366-376. 10.1016/0012-1606(87)90239-9 

725 

67. 

Cagan, R.L., and Ready, D.F. (1989). The emergence of order in the 

Drosophila

 

726 

pupal retina. Dev Biol 136, 346-362.

 

10.1016/0012-1606(89)90261-3. 

727 

68. 

Earl, J.B., and Britt, S.G. (2006). Expression of 

Drosophila

 rhodopsins during 

728 

photoreceptor cell differentiation: insights into R7 and R8 cell subtype commitment. Gene 

729 

Expr Patterns 6, 687-694. 10.1016/j.modgep.2006.01.003. 

730 

69. 

Bonini, N.M., Leiserson, W.M., and Benzer, S. (1993). The eyes absent gene: 

731 

Genetic control of cell survival and differentiation in the developing 

Drosophila

 eye. Cell 

732 

72

, 379

–395. 10.1016/0092-8674(93)90115-7. 

733 

70. 

Dolezelova, E., Dolezel, D., and Hall, J.C. (2007). Rhythm defects caused by newly 

734 

engineered null mutations in 

Drosophila’s

 cryptochrome gene. Genetics 

177

, 329

–345. 

735 

10.1534/genetics.107.076513. 

736 

71. 

Stanewsky, R., Kaneko, M., Emery, P., Beretta, B., Wager-Smith, K., Kay, S.A., 

737 

Rosbash, M., and Hall, J.C. (1998). The cryb mutation identifies Cryptochrome as a 

738 

circadian photoreceptor in 

Drosophila

. Cell 

95

, 681

–692. 10.1016/S0092-8674(00)81638-

739 

4. 

740 

72. 

Burg, M.G., Sarthy, P.V., Koliantz, G., and Pak, W.L. (1993). Genetic and molecular 

741 

identification of a 

Drosophila

 histidine decarboxylase gene required in photoreceptor 

742 

transmitter synthesis. The EMBO Journal 

12

, 911

–919. 10.1002/j.1460-

743 

2075.1993.tb05732.x. 

744 

73. 

O’Tousa, J.E., Baehr, W., Martin, R.L., Hirsh, J., Pak, W.L., and Applebury, M.L. 

745 

(1985). The 

Drosophila

 ninaE gene encodes an opsin. Cell 

40

, 839

–850. 10.1016/0092-

746 

8674(85)90343-5. 

747 

74. 

Kumar, J.P., and Ready, D.F. (1995). Rhodopsin plays an essential structural role 

748 

in 

Drosophila

 photoreceptor development. Development 

121

, 4359

–4370. 

749 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

10.1242/dev.121.12.4359. 

750 

75. 

Pak, W.L., Grossfield, J., and White, N.V. (1969). Nonphototactic mutants in a study 

751 

of vision of 

Drosophila

. Nature 

222

, 351

–354. 10.1038/222351a0. 

752 

76. 

Szular, J., Sehadova, H., Gentile, C., Szabo, G., Chou, W.-H., Britt, S.G., and 

753 

Stanewsky, R. (2012). 

Rhodopsin 5

 

– and 

Rhodopsin 6

 

–mediated clock synchronization 

754 

in 

Drosophila melanogaster

 is independent of retinal Phospholipase C-

β signaling. J Biol 

755 

Rhythms 

27

, 25

–36. 10.1177/0748730411431673. 

756 

77. 

Sokabe, T., Chen, H.-C., Luo, J., and Montell, C. (2016). A switch in thermal 

757 

preference in 

Drosophila

 larvae depends on multiple Rhodopsins. Cell Reports 

17

, 336

758 

344. 10.1016/j.celrep.2016.09.028. 

759 

78. 

Yamaguchi, S., Wolf, R., Desplan, C., and Heisenberg, M. (2008). Motion vision is 

760 

independent of color in 

Drosophila

. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 

105

, 4910

–4915. 

761 

10.1073/pnas.0711484105. 

762 

79. 

Cook, T., Pichaud, F., Sonneville, R., Papatsenko, D., and Desplan, C. (2003). 

763 

Distinction between color photoreceptor cell fates is controlled by prospero in 

Drosophila

764 

Developmental Cell 

4

, 853

–864. 10.1016/S1534-5807(03)00156-4. 

765 

80. 

Hanai, S., Hamasaka, Y., and Ishida, N. (2008). Circadian entrainment to red light 

766 

in 

Drosophila

: requirement of Rhodopsin 1 and Rhodopsin 6. NeuroReport 

19

, 1441

–1444. 

767 

10.1097/WNR.0b013e32830e4961. 

768 

81. 

Stark, W.S., Walker, J.A., and Harris, W.A. (1976). Genetic dissection of the 

769 

photoreceptor system in the compound eye of 

Drosophila melanogaster

. The Journal of 

770 

Physiology 

256

, 415

–439. 10.1113/jphysiol.1976.sp011331. 

771 

82. 

Pfeiffer, B.D., Ngo, T.-T.B., Hibbard, K.L., Murphy, C., Jenett, A., Truman, J.W., and 

772 

Rubin, G.M. (2010). Refinement of tools for targeted gene expression in 

Drosophila

773 

Genetics 

186

, 735

–755. 10.1534/genetics.110.119917. 

774 

83. 

Ruf, F., Fraunholz, M., Öchsner, K., Kaderschabek, J., and Wegener, C. (2017). 

775 

WEclMon - A simple and robust camera-based system to monitor 

Drosophila

 eclosion 

776 

under optogenetic manipulation and natural conditions. PLoS ONE 

12

, e0180238. 

777 

10.1371/journal.pone.0180238. 

778 

84. 

Selcho, M., Millán, C., Palacios-Muñoz, A., Ruf, F., Ubillo, L., Chen, J., Bergmann, 

779 

G., Ito, C., Silva, V., Wegener, C., et al. (2017). Central and peripheral clocks are coupled 

780 

by a neuropeptide pathway in 

Drosophila

. Nat Commun 

8

, 15563. 10.1038/ncomms15563. 

781 

85. 

Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., Kaynig, V., Longair, M., Pietzsch, T., 

782 

Preibisch, S., Rueden, C., Saalfeld, S., Schmid, B., et al. (2012). Fiji: an open-source 

783 

platform for biological-image analysis. Nat Methods 

9

, 676

–682. 10.1038/nmeth.2019. 

784 

86. 

Pauls, D., Blechschmidt, C., Frantzmann, F., El Jundi, B., and Selcho, M. (2018). A 

785 

comprehensive anatomical map of the peripheral octopaminergic/tyraminergic system of 

786 

Drosophila melanogaster

. Sci Rep 

8

, 15314. 10.1038/s41598-018-33686-3. 

787 

87. 

Klagges, B.R.E., Heimbeck, G., Godenschwege, T.A., Hofbauer, A., Pflugfelder, 

788 

G.O., Reifegerste, R., Reisch, D., Schaupp, M., Buchner, S., and Buchner, E. (1996). 

789 

Invertebrate Synapsins: A single gene codes for several isoforms in 

Drosophila

. J. 

790 

Neurosci. 

16

, 3154

–3165. 10.1523/JNEUROSCI.16-10-03154.1996. 

791 

 

792 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Highlights 

 

The compound eyes are required for the immediate effects of light on eclosion. 

 

R8 cells are necessary and sufficient for the immediate response to light. 

 

Masking of circadian locomotor activity depends on histamine-positive cells. 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

KEY RESOURCES TABLE

 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

rabbit-

α-GFP  

ThermoFisher Scientific 

CAT#A11122, 
RRID:AB_221569 

3C11 

Klagges et al. 

87

 

RRID:AB_2313617 

goat-

α-rabbit AlexaFluor 488 

ThermoFisher Scientific 

CAT#A11034,  
RRID:AB_2576217 

goat-

α-mouse STAR RED  

Abberior 

CAT#STRED-1001, 
RRID:AB_3068620 

Chemicals, Peptides, and Recombinant Proteins 

normal goat serum 

Sigma-Aldrich 

CAT#G9023 

Vectashield 

Vector Laboratories 

CAT#H-1000 

Deposited Data 

Eclosion Detector, Python script 
for Fiji 

Tilman Triphan, 

https://zenodo.org/records/10985365

 

DOI: 
10.5281/zenodo.10985365 

Experimental Models: Organisms/Strains 

Drosophila melanogaster: w

1118

  Kittel lab 

N/A 

Drosophila melanogaster: cli

eya

  Bonini et al. 

69

 

N/A 

Drosophila melanogaster: cry

01

  Dolezelova et al. 

70

 

N/A 

Drosophila melanogaster: cry

b

 

Stanewsky lab; Stanewsky et al. 

71

  N/A 

Drosophila melanogaster: 
hdc

JK910

 

Burg et al. 

72

 

N/A 

Drosophila melanogaster: 
nina

E17

 

Helfrich-

Förster lab; O’Tousa et al. 

73

 

N/A 

Drosophila melanogaster: 
norpA

p41

 

Stanewsky lab 

N/A 

Drosophila melanogaster: rh2

1

 

Montell lab; Sokabe et al. 

77

 

N/A 

Drosophila melanogaster: rh5

2

 

Stanewsky lab; Yamaguchi et al. 

78

  N/A 

Drosophila melanogaster: rh6

1

 

Montell lab; Cook et al. 

79

 

N/A 

Drosophila melanogaster: rh5

2

rh6

 

Yamaguchi et al. 

78

 

N/A 

Drosophila melanogaster: 
nina

E17

;

 rh6

 

Hanai et al. 

80

 

N/A 

Drosophila melanogaster: sev

LY3

 Stark et al. 

81

 

N/A 

Drosophila melanogaster: rh5

2

rh3

1

, rh4

1

, rh6

1

 

Helfrich-Förster lab 

N/A 

Drosophila melanogaster: rh5

G

 

Montell lab; Sokabe et al., 

77

 

BDSC #66671 

Drosophila melanogaster: UAS-
chop2

XXL

 

Dawydow et al. 

53

 

N/A 

Drosophila melanogaster: 
10xUAS-IVS-myr::GFP

 

Pfeiffer et al. 

82

 

BDSC #32197 

Software and Algorithms 

IC Capture 64bit 

The Imaging Source Europe GmbH  RRID: SCR_016047 

Journal Pre-proof

PIIS2589004224010411-html.html
background image

Fiji 

http://fiji.sc 

Schindelin et al. 

85

 

RRID: SCR_002285 

Prism 9 

GraphPad Software, LLC 

Version 9.3.1 (350) 
RRID: SCR_002798 

Drosophila Activity Monitoring 
System 

TriKinetics Inc. 

DAM2 

Adobe Photoshop 

Adobe 

Version 25.6.0 

 

Journal Pre-proof