Dass ein Kuchen gebacken wird, verrät uns unsere Nase schon beim Betreten einer fremden Wohnung. Aber würden wir auch ohne Zuhilfenahme anderer Sinne, also nur anhand des Geruchssinnes, den Weg in die Küche finden? Unser Riechorgan kann Düfte identifizieren und Emotionen auslösen, aber zur Orientierung in der Umwelt setzen wir es kaum ein. In der Tierwelt sieht das anders aus. Harald Tichy und seine Mitarbeiterin Maria Burgstaller vom Department für Neurobiologie sind überzeugt: "Insekten können aufgrund der Merkmale eines Duftsignals Rückschlüsse auf die Distanz und die Beschaffenheit einer Futterquelle schließen." Hinweise für die Gültigkeit dieser Theorie lieferten bereits die ersten elektrophysiologischen Experimente an nachtaktiven Schaben und Saateulen - Schmetterlingen, deren Raupen beträchtliche Schäden an Kulturpflanzen anrichten.
Riechorgane von Insekten verfügen über ON- und OFF-Rezeptoren
Bereits in früheren Forschungen fand der Wissenschafter heraus, dass Insekten für die Dufterfassung über zwei antagonistisch reagierende Rezeptortypen verfügen: die sogenannten ON- und OFF-Zellen. Während die ON-Zelle bei ansteigender Duftkonzentration aktiv ist, reagiert die OFF-Zelle bei abnehmender Duftkonzentration.
Aus dieser Erkenntnis schloss der Elektrophysiologe, dass Insekten geringe Intensitätsänderungen von Futterdüften unterscheiden und so Rückschlüsse auf deren Entfernung ziehen können. "Während sich eine Duftwolke von der Futterquelle entfernt, verändert sich ihre Struktur. Hochkonzentrierte Duftpakete mischen sich mit neutraler Luft zu einem räumlichen Muster von Duftkonzentrationen. Ein Insekt, das sich der Duftquelle nähert, erkennt dieses räumliche Muster als ein zeitliches Muster und ermittelt aus diesen Informationen den Weg zur Duftquelle."
An der Schabe entdeckt
"Wie ein Tier eine Futterquelle lokalisiert, war bis dato nicht lückenlos geklärt. Gängige Modelle besagen, dass es für die Orientierung zu einer unbekannten Duftquelle zwei verschiedene Sinnesinformationen bedarf, nämlich Duft und Windrichtung", erklärt er: "Unsere Überlegung ist jedoch, dass die Insekten auch ohne Kenntnis der Windrichtung fähig sind, eine Futterquelle zu lokalisieren. Vorratsschädlinge zum Beispiel finden in windstillen Räumen ihre Nahrung".
Entdeckt hat Harald Tichy diese Fähigkeit bei der Schabe. KritikerInnen äußerten jedoch Bedenken, dass die Schaben auf der Suche nach Nahrung am Boden laufen. Eine verallgemeinernde Aussage, die auch fliegende Insekten einbezieht, wäre zu früh. Denn einer zweidimensionalen Orientierung im Laufen könnten andere Orientierungsmechanismen zugrunde liegen als einer dreidimensionalen Orientierung im Flug.
Erste Experimente erfolgreich
Seit Jänner dieses Jahres versucht Harald Tichy in einem FWF-Projekt, diese Mechanismen auch an Schmetterlingen nachzuweisen. Dabei arbeitet er eng mit der Elektrophysiologin Sylvia Anton von der französischen Forschungsorganisation für Agronomie (INRA) zusammen. Schmetterlinge bewegen sich - anders als die Schabe - in einem dreidimensionalen Raum. "Die grundlegende Herausforderung bei unserem Experiment ist die Erzeugung eines Duftsignals, dessen Konzentration sich kontinuierlich ändern lässt - bisher wurden in der Riechforschung pulsförmige Änderungen der Duftkonzentration verwendet."
Für derart pionierartige Experimente ist es nötig, die Apparatur zur Applikation des Duftreizes selbst zu entwickeln: Die eigens für das aktuelle Projekt im "Tichy Lab" konstruierte Reizapparatur besteht aus zwei 25-Liter-Tanks, in denen konzentrierter Duft sowie geruchsneutrale Luft gemischt wird. "Indem wir die konzentrierte Luft mit der neutralen Luft kontinuierlich mischen, sind wir nicht nur in der Lage, jede Konzentration zu erzeugen, sondern auch die Änderungsraten beliebig zu regulieren", erklärt Tichy: "Dann messen wir die elektrischen Potenziale der Riechsinneszellen und erhalten so Rückschlüsse auf die Informationen, die diese Zellen dem Insekt über das Duftsignal liefern."
Die Rechnung des Wissenschafters scheint aufzugehen: "Eine Analyse der Erregung der Riechrezeptoren von Schaben und Schmetterlingen weist exakt darauf hin, dass die Insekten geringe Konzentrationsunterschiede sofort erkennen und ihr Verhalten steuern." Von diesem ersten Erfolg motiviert, wagt sich Tichy sogar noch einen Schritt weiter und mutmaßt für Forschungen in der Zukunft: "Was den Schmetterling betrifft, sind wir uns schon sehr sicher. Aber wer weiß, vielleicht gilt unsere Theorie ja sogar für Säugetiere." (il)
Ao. Univ.-Prof. Dr. Harald Tichy, stellvertretender Leiter des Departments für Neurobiologie und seine Mitarbeiterin Mag. Maria Burgstaller untersuchen seit Jänner 2010 die "Kodierung von Futterdüften durch ON und OFF Reaktionen". Das dreijährige FWF-Projekt läuft in Kooperation mit Dr. Silvia Anton vom Institut für Agrarforschung INRA (Versailles, Frankreich). |
