Riechen mit Transistor-Fühlern - wissenschaft.de
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Riechen mit Transistor-Fühlern

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Sie wimmeln in Biotonnen, stürzen sich in Weingläser oder landen zielsicher auf dem frisch zubereiteten Obstsalat: Drosophila melanogaster, die Schwarzbäuchige Taufliege, hat ein feines Näschen für Fruchtiges. Dank ihrer hochentwickelten Antennen können sich die stecknadelkopfgroßen Insekten schon an geringen Duftkonzentrationen orientieren. Deutsche Forscher haben nun faszinierende Details dieses Sinnessystems aufgedeckt: Die Duftrezeptoren in den Fühlern funktionieren demnach ähnlich wie die Transistoren elektronischer Bauteile, sagen Dieter Wicher und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena.

Wenn eine Drosophila Witterung aufnimmt, geschieht demnach Folgendes: Duftmoleküle, die beispielsweise ein Obstkorb verströmt, erreichen die Antennen einer Taufliege. Sie entsprechen der Nase des Insekts. Sie sind mit feinen Sinneshärchen, den Sensillen, bestückt, in denen sich die mit Duftrezeptoren besetzten Ausläufer der Riechnerven befinden. Die Duftmoleküle gelangen durch Poren in das Innere der Sinneshärchen und binden kurzzeitig an den Rezeptoren der Nervenausläufer, erklären die Wissenschaftler. Welche Prozesse nun zur Reizübertragung führen, haben sie in ihrer aktuellen Studie herausgefunden.

Erster Reiz macht sensibel – beim zweiten wird geschaltet

Geringste Mengen von Duftmolekülen bewirken demnach erst einmal nur eine Sensibilisierung der Duftrezeptoren, ohne dass ein Signal an die Steuersysteme des Insekts gesendet wird. Erst das Auftreffen weiterer Moleküle kurz danach löst die Reaktion aus. Mit anderen Worten: Eine Geruchsstimulierung unterhalb der Reizschwelle erhöht zunächstnur die Aufmerksamkeit des Rezeptorsystems. Kommt innerhalb einer bestimmten Zeitspanne dann ein zweiter Geruchsimpuls hinzu, wird die Nervenaktion ausgelöst: Die Fliege erhält dadurch die Information, dass sich tatsächlich Obst in der Nähe befindet und kann beginnen, ihre Flugrichtung auf das fruchtige Ziel ihrer Begierde auszurichten.

Dieses Funktionsprinzip ähnelt einem Transistor, sagt Wicher: Ein schwacher, elektrischer Basisstrom reicht aus, um den Hauptstrom auszulösen, der dann weitere Prozesse aktiviert. Dies könne auch als eine Art Kurzzeitgedächtnis in der Insektennase betrachtet werden. Ein schwacher Reiz löst zwar beim ersten Mal noch keine Reaktion aus, wiederholt er sich allerdings innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, wird eine elektrische Reaktion ausgelöst.

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Die Forscher kamen hinter diese Mechanismen mit viel Fingerspitzengefühl: Sie injizierten beispielsweise winzige Mengen von Wirkstoffen direkt in die Sinneshärchen der Insekten, die auf der Fliegenantenne die Riechnerven beherbergen. Dadurch blockierten sie bestimmte Abläufe des Riechmechanismus, um hinter seine Funktionen zu kommen. Als Geruchsstoff diente ein sogenanntes Buttersäureethylester, das einen Ananas-ähnlichen Duft erzeugt. Mithilfe von feinen, aus Glasfasern gefertigten Mikroelektroden erfassten die Wissenschaftler dann die Aktivität der Nervenzellen der winzigen Insekten.

Dieter Wicher (Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena) et al.: PLOS ONE, doi: 10.1371/journal.pone.0058889 © wissenschaft.de – Martin Vieweg
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