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News: Von Marzipan-riechenden Fruchtfliegen und Froscheiern

In einer Welt, in der es vor Gerüchen nur so wimmelt, ist es für viele Tiere lebensnotwendig, über ein feines Näschen zu verfügen. Mit Hilfe spezieller Rezeptoren gelingt es ihnen, schmackhafte Nahrung aufzuspüren, erfolgreich auf Brautschau und Feinden aus dem Weg zu gehen. Auf der Suche nach dem Geheimnis der Geruchswahrnehmung züchteten Forscher nun Taufliegen und riechende Froscheier, die beide auf das nach Marzipan duftende Benzaldehyd ansprachen. Damit gelang es ihnen, die Funktionalität eines vermutlichen Geruchsrezeptors nachzuweisen.
Ein gut ausgebildetes Riechorgan zählt zur Grundaustattung vieler Lebewesen, um sich in einer geruchsintensiven Umgebung zurechtzufinden und zu überleben. Insekten bilden da keine Ausnahme: Mit ihren als "Nase" fungierenden Antennen fangen sie umherschwirrende Düfte auf und leiten den Reiz an das Geruchszentrum des Gehirns weiter. Die chemischen Signale nutzen sie nicht nur zur Nahrungsbeschaffung und zur Unterscheidung zwischen Freund und Feind, sondern auch zur Kommunikation mit Artgenossen.

Um dem Geheimnis der Geruchswahrnehmung auf die Spur zu kommen, eignet sich die Taufliege Drosophila melanogaster als idealer Modellorganismus. Ihre Fühler bestehen aus drei Segmenten, wobei das äußerste unzählige Riechsinneszellen beheimatet. Vor einem Jahr identifizierten Forscher der Yale University und der Columbia University eine unbekannte große Genfamilie mit etwa 60 Rezeptoren auf den Antennen der Taufliege. Diese Rezeptoren betrachteten die Wissenschaftler als potentielle Kandidaten für die Geruchswahrnehmung, doch blieb es bisher bei der Vermutung.

Nun versuchten Klemens Störtkuhl und Raffael Kettler von der Ruhr-Universität Bochum, die noch rätselhafte Bedeutung dieser Genfamilie aufzudecken [1]. Dazu griffen sie derart in den genetischen Bauplan der Taufliege ein, dass diese einen der 60 Rezeptoren vermehrt produzierte: In über 1000 Geruchsnervenzellen der Antennen bildete das manipulierte Insekt das Rezeptorprotein OR43a – statt wie beim Wildtyp in nur 15. Anschließend setzten die Forscher die Versuchstiere 24 Standardduftstoffen aus und maßen mittels Elektroden auf den Antennen deren Reaktionen.

Dabei kamen sie zu folgendem Ergebnis: Insbesondere auf Cyclohexanol, Cyclohexanon, Benzylalkohol und Benzaldehyd, das nach Marzipan duftet, reagierten die Antennen der genetisch veränderten Fliegen bis um das Doppelte stärker als der Wildtyp. Auf diese Weise wiesen die Forscher eindeutig nach, dass jener modifizierte Rezeptor tatsächlich für die Duftwahrnehmung zuständig ist. Wie die Ergebnisse zudem zeigten, kann ein einziger Geruchsrezeptor mehrere Duftstoffe erkennen.

Gleichzeitig forschten Christian Wetzel und seine Kollegen von derselben Universität an jenen Rezeptorgenen, allerdings schlugen sie einen anderen Weg ein: Sie injizierten die genetische Information für den Rezeptor OR43a aus der Taufliege in Eizellen des Krallenfrosches Xenopus laevis – ähnlich wie bei einer künstlichen Befruchtung im Reagenzglas [2]. Nach einigen Tagen konnten die so behandelten Zellen Duftstoffe riechen, und zwar genau dieselben, die in den Antennen der genetisch veränderten Taufliege verstärkte Reaktionen hervorgerufen hatten. Unbehandelte Froscheier zeigten hingegen keine derartige Antwort.

Die Ergebnisse von Wetzels Team bestätigen eindrucksvoll, dass die neue Genfamilie, zu der auch OR43a gehört, Riechrezeptorproteine codiert. Wie die Forscher weiterhin demonstrierten, reagiert das getestete Protein sogar in Insekten- und Wirbeltierzellen in der gleichen Art und Weise. Von den neuen Erkenntnissen bei Drosophila erhoffen sich die Wissenschaftler nun Aufschlüsse, welche Proteinstrukturen für das Riechen wichtig sind. Und anhand weiterer Untersuchungen hoffen sie auch die Nuss zu knacken, wie die Informationen von den Insektenantennen ins Gehirn gelangen und dort verarbeitet werden.

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