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Pheromone Phänomenale Pheromone – Chemische Botenstoffe effizient und sensitiv per GC analysieren

| Autor/ Redakteur: GUIDO DEUßING / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Pheromone treten in der Natur nur in sehr geringen Konzentrationen auf. Zum Nachweis dieser flüchtigen chemischen Botenstoffe bedarf es daher einer ausgefeilten Analysemethode. Zum Einsatz kommt die Kapillar-GC verbunden mit einer effektiven Extraktionstechnik.

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Abb.1: Das Chromatographiesystem für die Pheromonanalyse. (Bild: Gerstel)
Abb.1: Das Chromatographiesystem für die Pheromonanalyse. (Bild: Gerstel)

Seit einigen Jahren ist der Wissenschaft bekannt, dass nicht nur Insekten, sondern auch Wirbeltiere Pheromone produzieren und mit den Wirkmechanismen der Chemie auf molekularer Ebene miteinander kommunizieren. Pheromone spielen z.B. eine Rolle im Fall aggressiven Verhaltens sowie für den Nestbau- und Sexualtrieb.

Forscher der Universität des Saarlandes konnten zeigen, dass der enge Kontakt trächtiger Mäuseweibchen mit fremden Männchen, ausgelöst durch so genannte MHC-Peptide, einen Schwangerschaftsabbruch hervorruft (Bruce-Effekt). Spezielle Stoffe im Urin von Mäusemännchen fördern die frühe Fortpflanzungsfähigkeit weiblicher Jungtiere (Vandenbergh-Effekt), und Pheromone im Urin weiblicher Mäuse unterdrücken den Brunstzyklus von in Gruppen lebenden Mäusen (Lee-Boot-Effekt), während er durch ein Pheromon im Urin männlicher Tiere bei geschlechtsreifen Mäuseweibchen induziert wird (Whitten-Effekt).

Chemische Botenstoffe steuern Verhalten

Inwieweit Entwicklung und Verhalten auch des Menschen durch Pheromone geprägt sind, darüber ist sich die Wissenschaft nicht wirklich im Klaren. Noch kratzt man nur an der Oberfläche des Phänomens. Zumindest aber, so viel scheint sicher, spielen chemische Botenstoffe, die in oder auf der Haut gebildet werden, eine nicht unwesentliche Rolle im menschlichen Miteinander. Laut Dr. Martin Wiesmann, Direktor der Klinik für Neuroradiologie am Universitätsklinikum Aachen, fühlten sich Probanden, die den Angstschweiß anderer Menschen rochen, ängstlicher, und sie verhielten sich vorsichtiger, ohne es tatsächlich begründen zu können. Andere Versuche hätten gezeigt, dass nicht alle Menschen in gleicher oder ähnlicher Weise auf ein und dasselbe chemische Signal reagieren. Unter anderem spielen hierbei geschlechtsspezifische Faktoren eine Rolle: Während der Angstschweiß eines Mannes die Männerwelt in Alarm versetzt, hat er auf Frauen eine beruhigende Wirkung.

Pheromonforschung erfordert sensitive Technik

Je mehr die Wissenschaft über Einfluss und Funktion von Pheromonen in Erfahrung bringt, desto mehr Fragen wirft sie auf. Allem Anschein nach verhält es sich mit der Pheromonwirkung wie mit dem Eindruck eines Duftes, der stets auf einer komplexen Mischung unterschiedlicher chemischer Verbindungen basiert; Blumen- und Kräutergerüche etwa bestehen zum Teil aus Hunderten von einzelnen Duftkomponenten. Um Ursache und Wirkung und die Funktionsweise von Pheromonen aufzuklären, erfordert es einer der Duftstoffforschung vergleichbare Bestimmung des gesamten Profils mittels einer sensitiven Trenn-/Analysentechnik.

Größe und Flüchtigkeitsgrad der Pheromone induzieren den Einsatz der Kapillar-Gaschromatographie verbunden mit einer entsprechend leistungsfähigen Detektion; ihre geringe Konzentration in Urin und Gewebe wiederum erfordert eine effiziente Extraktionstechnik. Am Rande bemerkt: Um das Pheromon Bombykol charakterisieren zu können, soll der Biochemiker Alfred Butenandt mehrere hunderttausend weibliche Schmetterlinge als Versuchstiere eingesetzt haben.

Auf der Suche nach einem leistungsfähigen Extraktionsverfahren für Pheromone in biologischen Matrices überprüften Wissenschaftler um Milos V. Novotny vom Department of Chemistry des Institutes for Pheromone Research der Indiana University im US-Bundesstaat Indiana in Kooperation mit dem Research Institute for Chromatography in Belgien Leistungsfähigkeit und Wirksamkeit der Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE). Die SBSE arbeitet mit einem speziellen mit Polydimethylsiloxan (PDMS) beschichteten Rührstäbchen für Magnetrührer (Gerstel-Twister) als Extraktionsmedium; sie hat sich bereits für die Bestimmung einer Vielzahl organischer Verbindungen aus wässrigen Medien bewährt, u.a. in Trink-, Oberflächen- und Abwasser, Eis, biologischen Matrices wie Blut, Urin, Körpergewebe und Sperma sowie in Lebensmitteln, Umweltproben und Luft.

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