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Duftstoff Geosmin

Direktschaltung im Fruchtfliegenhirn – Fluchtreflex durch verdorbene Nahrung

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Geosmin, der typisch erdige Geruchsstoff, der von Schimmelpilzen und anderen Mikroben abgegeben wird. Im Bild seine Strukturformel - ein bicyclischer Alkohol - sowie eine verrottende, mit einem Penicillium-Pilz befallene Orange. Obwohl der Geosmingeruch in der Natur sehr weit verbreitet ist, wird er nur von bestimmten Mikroorganismen produziert und abgegeben.
Geosmin, der typisch erdige Geruchsstoff, der von Schimmelpilzen und anderen Mikroben abgegeben wird. Im Bild seine Strukturformel - ein bicyclischer Alkohol - sowie eine verrottende, mit einem Penicillium-Pilz befallene Orange. Obwohl der Geosmingeruch in der Natur sehr weit verbreitet ist, wird er nur von bestimmten Mikroorganismen produziert und abgegeben. (Bild: Cell Press / Elsevier / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie/Stensmyr)

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Verhaltens- und Neurobiologen des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben erstmals den Fluchtreflex vor giftiger Nahrung im Gehirn von Fruchtfliegen entschlüsselt. Eine spezielle Nervenleitung wird durch geringste Mengen an Geosmin in der Luft aktiviert. Geosmin ist der typische Geruch giftiger Bakterien oder Schimmelpilze.

Jena – Verdorbene Nahrung kann tödlich sein, wenn sie zusammen mit krankheitserregenden Bakterien in den Verdauungstrakt gelangt. Besonders der Geruchssinn muss vor gefährlich verdorbenen Mahlzeiten schützen. Verhaltens- und Neurobiologen des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben jetzt erstmals den Fluchtreflex vor giftiger Nahrung im Gehirn von Fruchtfliegen entschlüsselt. Eine spezielle Nervenleitung – vom Rezeptor in den Antennen und weiter über Sinnes- und Gehirnneuronen - wird durch geringste Mengen an Geosmin in der Luft aktiviert mit der Folge, dass die Fliegen sofort vor dem Geruch flüchten. Geosmin ist der typische Geruch giftiger Bakterien oder Schimmelpilze. Auch Fliegenweibchen legen ihre Eier nicht auf verdorbener, nach Geosmin riechender Nahrung ab. Einmal im Hirn der Fliegen wahrgenommen, schaltet Geosmin alle anderen, vor allem auch anlockende Reize aus, damit die Tiere nicht doch noch in Versuchung geraten – ähnlich unserer Reaktion, wenn wir den Kühlschrank öffnen und dieser nach dem vergessenen Abendessen der letzten Woche riecht.

Gesunde und ungesunde Mikroben

Nicht zuletzt die erschreckend vielen Todesfälle im Zusammenhang mit EHEC-Bakterien kontaminierten Biosprossen im Frühling 2011 haben gezeigt, wie wichtig es für jedes nahrungssuchende Lebewesen ist, nützliche von krankheitserregenden Mikroorganismen zu unterscheiden. Jedes Nahrungsmittel, ob Fleisch oder vegetarische Kost, ist je nach Frische unterschiedlich stark von Bakterien oder Mikroorganismen befallen. Die Immunsysteme der Tiere sind darauf vorbereitet, und ist der Verderb noch nicht zu weit fortgeschritten, kann die Nahrung unbeschadet verdaut werden. Was aber schützt den Organismus, wenn die Konzentration der von toxischen Mikroben abgegebenen Giftstoffe gefährlich hoch geworden ist?

Fäulnisgeruch als Warnsignal

Oft ist die äußere Betrachtung eines Nahrungsmittels ausreichend, um verdorbene Nahrung zu meiden – wer beißt schon in eine verfaulte Orange? Noch sicherer aber ist die Wahrnehmung eindeutiger Geruchsstoffe, die durch gefährliche Erreger freigesetzt werden. Erkennt ein Lebewesen einen solchen Geruch und wendet sich daraufhin konsequent ab, kann dies lebensrettend sein. Wie aber wird ein solches Abschreckungsverhalten ausgelöst? Wie sieht der Weg aus vom Geruchsmolekül über Rezeptoren bis ins Hirn und schließlich bis zur Reaktion eines Tieres?

Geosmin und das Modell Fruchtfliege

Für die Beantwortung einer solchen Frage sind die genetisch sehr gut charakterisierten Frucht- oder Essigfliegen der Art Drosophila melanogaster und verwandte Arten perfekt geeignet. Die Fliegen ernähren sich typischerweise von Hefepilzen, die auf verdorbenen Früchten oder Obst wachsen. Deswegen müssen sie „gute“ von „schlechten“ Mikroben genau unterscheiden können. Experimente zeigten, dass Fliegen, die stark verdorbene Nahrung aßen, weil sie zu einer solchen Einschätzung nicht fähig waren, schnell starben, ebenso starben auch aus Fliegeneiern frisch geschlüpfte Larven, sobald sie toxische Mikroben zu sich nahmen. Der Geruchsstoff Geosmin, so ist bekannt, wird von einer Reihe von Toxin-bildenden Pilzen und Bakterien abgegeben und könnte der Auslöser für abschreckende Reaktionen sein. Geosmin hat den uns Menschen bekannten Geruch, der bei nassen Böden besonders nach Trockenheit auftritt. Die menschliche Nase reagiert auf Geosmin sehr sensibel; die Schwelle liegt bei 0,1 ppb (parts per billion, also ein Molekül innerhalb von 100 Millionen Teilchen wird schon wahrgenommen). Die Max-Planck-Wissenschaftler fanden jetzt heraus, dass Fruchtfliegen eine sogar noch empfindlichere Antenne für Geosmin haben.

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