Sinnesphysiologie: Geruchlos Riechen
Tsetsefliegen können nicht ohne, Zecken erst recht nicht, und überhaupt wollen wenige Lebewesen zwischen Acht- bis Keinbeiner gänzlich auf die Kunst verzichten, Kohlendioxid wahrzunehmen. Nur wir Säugetiere scheinen dem Treibhausgas gegenüber abgestumpft durchs Leben zu gehen. Oder hat einfach noch niemand genau genug hingesehen?
© Roger McLassus (Ausschnitt)
Perfektion folgt auch aus der Kunst sinnvoller Beschränkung – und bestimmt ist nicht aller Sensoren-Schnickschnack, mit dem niedere Lebewesen sich durch die Welt fühlen, schmecken und wahrnehmen, auch wirklich erstrebenswert für alle. Ein Beispiel: die Wahrnehmung von Kohlendioxid. Einer Stechmücke mag es weiterhelfen, dem ausgeatmeten CO2 eines potenziellen Stechopfers gezielt bis zur süßen Blutquelle folgen zu können. Sinnvoll ist das sicher auch für umherziehende Fäulnisbewohner – wo Kohlendioxid ausdampft, wird meist auch einiges nahrhaft Organisches verrotten. Kohlendioxid kann nicht nur Lockstoff sein, sondern häufig auch Warnsignal, das auf eine zunehmend überbesiedelte und stressigere Umwelt hindeutet, die man vielleicht besser schnellstens verlassen sollte. CO2 zu erriechen, kann sich also lohnen.
Außer eben, scheint's, für Säugetiere – niemand fand in ihrem Sinnesarsenal jemals spezielle Kohlendioxidrezeptoren. Der Mensch etwa wird des Gases nur dann gewahr, wenn es ihm in unverhältnismäßig hoher Dosis vor die Nasenflügel dampft (und selbst dabei keine Geruchsempfindung, sondern nur einen merkwürdig stechenden Sekundärreiz im Nasen-Rachenraum auslöst). Ratten bemerken CO2-Mengen, die mehr als das zehnfache über der üblichen Konzentration in der Atmosphäre liegen. Ein Rezeptor für naturübliche Kohlendioxidspuren, wie ihn Insekten und Co haben, fehlt Mann und Maus offenbar.
Das passt allerdings gar nicht zu Erkenntnissen von Minmin Luo vom Staatlichen Biowissenschaftlichen Institut Chinas in Peking und seinen Kollegen. Die Forscher hatten sich eine bestimmte Untergruppe von Sinnesneuronen im für die Geruchswahrnehmung zuständigen Bereich von Mäuse-Gehirnen angesehen. Die untersuchten Sinneszellen im Riechepithel fallen dabei ein wenig aus der Rolle, weil sie – anders als üblich – als reizweitergebenden Transmitter zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP) benutzen, darauf reagierende Zellkanäle ausbilden und ebenso eine zum ständigen Bau des cGMPs nötige Zyklase (die Guanyl-Zyklase D) produzieren. Die länglichen Zellkörper der Sinnesneuronen wachsen zudem in charakteristischer Weise zu den so genannten necklace-Glomeruli hin, die sich halsbandförmig um den hinteren Abschnitt des Riechkolbens gruppieren – hier machen sie, so dachte man bislang mangels genaueren Hinschauens, irgendetwas in Richtung Pheromonwahrnehmung.
Die unkonventionellen, zu den Halsbandzellen wachsenden cGMP-Sensoren bilden allerdings in verdächtig großen Mengen das Protein Carboanhydrase II, stellten Luo und Co nun fest – und damit ein Enzym, das beim Umgang mit Kohlendioxid in Zellen generell eine zentrale Rolle spielt. Alle mit Carboanhydrase und Guanyl-Zyklase D versorgten Sensorzellen reagieren in Zellkultur zudem schon auf eine subtile Erhöhung der CO2-Konzentration mit hektischen Signalen, zeigten die Wissenschaftler – und bestätigten dann weiter, dass ein ähnlicher Kohlendioxidreiz auch bei lebenden Mäusen passenderweise erhöhte Aktivitäten in Glomeruli-Neuronen nach sich zieht. Dies geht dann auch stets mit einer erhöhten Carboanhydrase-Aktivität einher.
Der bislang unerkannte Rezeptor funktioniert offenbar schon bei Konzentrationen von 0,066 Prozent CO2, also weniger als der doppelten üblichen Atmosphärenkonzentration. Dies legen abschließende Verhaltensexperimente mit Nagern nahe, denen beigebracht wurde, nur bei der Wahrnehmung leicht erhöhter CO2-Werte Wasser aus einer Flasche erwarten zu dürfen. Tatsächlich versuchten die Tiere nach der Lernphase gar nicht mehr ihren Durst zu stillen, wenn nicht Wasser und CO2-Reiz gemeinsam Erfolg versprachen. Gentechnisch veränderte Mäuse ohne die Carboanhydrase verloren dagegen die Fähigkeit Kohlendioxid zu erschnuppern.
Zumindest eine Aufgabe der unkonventionellen cGMP-Sensoren ist also die CO2-Detektion, schließen Luo und seine Mitarbeiter. Ihrer Vorstellung nach dürfte das Gas per Carboanhydrase schnell zu HCO3- und H+ zerlegt werden, diese Ionen öffnen dann über eine cGMP-Befehlskette bestimmte Kanäle der Zellen, um ein elektrisches Signal auszulösen. Das funktioniert so gut, dass die Forscher gleich eine ganz andere Sorge umtreibt: Der globale Anstieg des Treibhausgases Kohlendioxids in der Erdatmosphäre wird nach manchen Schätzungen schon in einem Jahrhundert zu Konzentrationen führen, die über der Wahrnehmungsschwelle der Versuchsmäuse lagen. Wie Nager und Co darauf reagieren – und mit ihnen alle anderen kohlendioxidsensiblen Nichtsäugetiere – sei unvorhersehbar. Dieser Fall der Fälle dürfte in der dann düsteren Zukunft allerdings weniger spektakuläre Schlagzeilen machen als die bereits vorhersehbaren Folgen des Klimawandels.
Außer eben, scheint's, für Säugetiere – niemand fand in ihrem Sinnesarsenal jemals spezielle Kohlendioxidrezeptoren. Der Mensch etwa wird des Gases nur dann gewahr, wenn es ihm in unverhältnismäßig hoher Dosis vor die Nasenflügel dampft (und selbst dabei keine Geruchsempfindung, sondern nur einen merkwürdig stechenden Sekundärreiz im Nasen-Rachenraum auslöst). Ratten bemerken CO2-Mengen, die mehr als das zehnfache über der üblichen Konzentration in der Atmosphäre liegen. Ein Rezeptor für naturübliche Kohlendioxidspuren, wie ihn Insekten und Co haben, fehlt Mann und Maus offenbar.
Das passt allerdings gar nicht zu Erkenntnissen von Minmin Luo vom Staatlichen Biowissenschaftlichen Institut Chinas in Peking und seinen Kollegen. Die Forscher hatten sich eine bestimmte Untergruppe von Sinnesneuronen im für die Geruchswahrnehmung zuständigen Bereich von Mäuse-Gehirnen angesehen. Die untersuchten Sinneszellen im Riechepithel fallen dabei ein wenig aus der Rolle, weil sie – anders als üblich – als reizweitergebenden Transmitter zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP) benutzen, darauf reagierende Zellkanäle ausbilden und ebenso eine zum ständigen Bau des cGMPs nötige Zyklase (die Guanyl-Zyklase D) produzieren. Die länglichen Zellkörper der Sinnesneuronen wachsen zudem in charakteristischer Weise zu den so genannten necklace-Glomeruli hin, die sich halsbandförmig um den hinteren Abschnitt des Riechkolbens gruppieren – hier machen sie, so dachte man bislang mangels genaueren Hinschauens, irgendetwas in Richtung Pheromonwahrnehmung.
Die unkonventionellen, zu den Halsbandzellen wachsenden cGMP-Sensoren bilden allerdings in verdächtig großen Mengen das Protein Carboanhydrase II, stellten Luo und Co nun fest – und damit ein Enzym, das beim Umgang mit Kohlendioxid in Zellen generell eine zentrale Rolle spielt. Alle mit Carboanhydrase und Guanyl-Zyklase D versorgten Sensorzellen reagieren in Zellkultur zudem schon auf eine subtile Erhöhung der CO2-Konzentration mit hektischen Signalen, zeigten die Wissenschaftler – und bestätigten dann weiter, dass ein ähnlicher Kohlendioxidreiz auch bei lebenden Mäusen passenderweise erhöhte Aktivitäten in Glomeruli-Neuronen nach sich zieht. Dies geht dann auch stets mit einer erhöhten Carboanhydrase-Aktivität einher.
Der bislang unerkannte Rezeptor funktioniert offenbar schon bei Konzentrationen von 0,066 Prozent CO2, also weniger als der doppelten üblichen Atmosphärenkonzentration. Dies legen abschließende Verhaltensexperimente mit Nagern nahe, denen beigebracht wurde, nur bei der Wahrnehmung leicht erhöhter CO2-Werte Wasser aus einer Flasche erwarten zu dürfen. Tatsächlich versuchten die Tiere nach der Lernphase gar nicht mehr ihren Durst zu stillen, wenn nicht Wasser und CO2-Reiz gemeinsam Erfolg versprachen. Gentechnisch veränderte Mäuse ohne die Carboanhydrase verloren dagegen die Fähigkeit Kohlendioxid zu erschnuppern.
Zumindest eine Aufgabe der unkonventionellen cGMP-Sensoren ist also die CO2-Detektion, schließen Luo und seine Mitarbeiter. Ihrer Vorstellung nach dürfte das Gas per Carboanhydrase schnell zu HCO3- und H+ zerlegt werden, diese Ionen öffnen dann über eine cGMP-Befehlskette bestimmte Kanäle der Zellen, um ein elektrisches Signal auszulösen. Das funktioniert so gut, dass die Forscher gleich eine ganz andere Sorge umtreibt: Der globale Anstieg des Treibhausgases Kohlendioxids in der Erdatmosphäre wird nach manchen Schätzungen schon in einem Jahrhundert zu Konzentrationen führen, die über der Wahrnehmungsschwelle der Versuchsmäuse lagen. Wie Nager und Co darauf reagieren – und mit ihnen alle anderen kohlendioxidsensiblen Nichtsäugetiere – sei unvorhersehbar. Dieser Fall der Fälle dürfte in der dann düsteren Zukunft allerdings weniger spektakuläre Schlagzeilen machen als die bereits vorhersehbaren Folgen des Klimawandels.
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