Rezeptor

Meine Welt — Warum sich über Geschmack nicht streiten lässt

Icon BiologieJeder von uns nimmt die Umwelt in unterschiedlicher Weise wahr. Die moderne Biologie zeigt auf, dass und wie unsere Sinne für Geschmack, Geruch, Sehen, Hören und Tasten auf der Zusammensetzung und den individuellen Eigenschaften von spezifischen Sensoren (Rezeptor-Proteinen) beruhen.

Gottfried SchatzBin ich allein? Kann ich die Welt, die ich sehe und empfinde, mit anderen teilen – oder bin ich Gefangener meiner Sinne und der Armut meiner Sprache? Als unsere Vorfahren noch in Gruppen jagten, war Alleinsein Gefahr. Heute haben wir Angst vor Einsamkeit. Angst ist Furcht vor Unbekanntem, also sollte Wissenschaft sie uns überwinden helfen. Die moderne Biologie lehrt mich zwar, dass jeder von uns die Welt anders sieht, schmeckt, riecht und fühlt. Sie tröstet mich aber auch mit der Erkenntnis, dass meine Sinne mir Einmaligkeit schenken.

Die biomimetische künstliche Nase – wie weit sind wir? Teil 3: Konstruktion einer biomimetischen Nase

Icon MINTIm Teil 2 „Aufbau und Funktion physiologischer Geruchssensoren“ (Science-Blog, 26. Jänner 2012) wurde ein Bild der biologischen Vorgänge bei der Geruchsempfindung beschrieben, vor allem die molekularen Prozesse der Erkennung und Bindung der Geruchsstoffe und Pheromone, sowie die nachgeschalteten enzymatischen Verstärkungskaskaden. Auf dieser Basis definiert sich der Raum, in dem die Ansätze für eine biomimetische Geruchs- (und Geschmacks-) Sensorik angesiedelt werden müssen.

Wolfgang Knoll

Komponenten einer biomimetischen Nase

Zentrales Element ist offensichtlich eine Membran nach dem Vorbild der natürlichen Lipid Doppelschicht (lipid bilayer) der Zellmembran. Diese Membran muß

i) für technische Anwendungen robust sein,

ii) durch eine Reihe unterschiedlicher funktioneller Komponenten, also mittels Einbau von Membranproteinen für die verschiedenen Schritte im Reaktionsablauf bei der Geruchserkennung (olfaktorische Sensorik) fit gemacht werden und

iii) es letztendlich erlauben, bei Bindung eines Duftstoffes ein entsprechend ausgelöstes, elektrisches Signal zu detektieren.

Auch wenn im Moment kein Labor der Welt in der Lage ist, auch nur annähernd die Komplexität der Riechzellen- Membran, sei es auch nur in der vereinfachten, in Teil 2 (Abb. 4) diskutierten Version, nachzubauen, so sind bereits einzelne Schritte der Reaktionskaskade realisiert worden. Auf Basis dieser im Folgenden beschriebenen Ergebnisse erscheint es durchaus vorstellbar, dass wir das Ziel einer künstlichen biomimetischen Nase erreichen können.

Die biomimetische künstliche Nase – wie weit sind wir? Teil 1: Künstliche Sensoren nach dem natürlichen Vorbild unserer fünf Sinne Sehen und Hören

Icon MINTWolfgang Knoll
Wenn wir uns unsere fünf Sinne (siehe die entsprechende allegorische Darstellung in Abbildung 1 von Hans Makart, dessen große Retrospektive vor kurzem im Wien-Museum und im Belvedere zu Ende gegangen ist) vergegenwärtigen und uns fragen, welche dieser Sinne eigentlich eine technische Umsetzung im Sinne der Entwicklung von künstlichen Sensoren in den letzten Jahrzehnten erfahren hat, so fällt uns sofort ein, dass wir mit physikalischen Transducern, basierend auf der sehr weit entwickelten Halbleitertechnik, heute was das Sehen angeht sogar das menschliche Auge übertreffen können: wir sind in der Lage, einzelne Photonen nachzuweisen und zu zählen. Vergleichbare Empfindlichkeiten bei der Detektion von Schall erreichen wir mit höchst-sensitiven Mikrophonen, deren technische Leistungsfähigkeit, z.B. beim Abhören von Gesprächen über weite Distanzen, uns sogar ein wenig erschaudern lässt.

Hans Makart: Die fuenf Sinne
Abbildung 1: Die fünf Sinne, Gemälde von Hans Makart aus den Jahren 1872–1879: Tastsinn, Hören, Sehen, Riechen, Schmecken

Schmecken und Tasten

Das Schmecken (der Geschmackssinn) im engeren physiologischen Sinne als gustatorische Wahrnehmung muss etwas differenzierter betrachtet werden: Der Geschmack ist der komplexe Sinneseindruck bei der Nahrungsaufnahme. Er entsteht durch das Zusammenspiel von Geschmackssinn, Geruchssinn und Tastsinn (der Lippen, der Zunge und der Mundhöhle). Etwa 80 Prozent des empfundenen Geschmacks sind in Wirklichkeit die Aromen einer Speise, die vom Geruchssinn wahrgenommen werden, nur rund 20 Prozent entstehen auf der Zunge. Die Haptik von Speisen, die den Sinneseindruck beim Ertasten von Nahrungsmitteln im Mund bestimmt, ist in der Nahrungsmittelindustrie längst ein ganz wichtiger Faktor bei Produktion und Vermarktung von Nahrungs- und Genussmitteln. (Und wer jemals Mayonnaise selbst gemacht und nicht aufgepasst hat, das Produkt aber dennoch gekostet hat, weiß, wovon hier die Rede ist…). Nicht nur bei der Haptik von Speisen, auch beim Beispiel vom Makart, wo es um das Ertasten eines Gegenstandes oder Körpers mit den Händen geht, haben wir technisch rein gar nichts vorzuweisen: wir schaffen es gerade mal in der Robotik ein Ei von künstlichen Greifarmen so aufheben zu lassen, dass die Eierschale nicht bricht - einen Tasteindruck durch entsprechend eingebaute Sensoren können wir bei diesem Vorgang nicht nachbauen.

Das weite Land — Wie Gene und chemische Botenstoffe unser Verhalten mitbestimmen

Icon BiologieUnser Charakter wird entscheidend durch die chemische Zwiesprache zwischen den Nervenzellen unseres Gehirns geprägt. Dieses Gesprächsnetz ist so komplex, dass es jedem Menschen seine eigene Persönlichkeit schenkt.

Gottfried Schatz„Die Seele ist ein weites Land“ befand der Schriftsteller und Arzt Arthur Schnitzler, der in seinen Novellen und Dramen Sigmund Freuds Ideen mit aus der Taufe hob. Dieses weite Land der Seele ist jedoch schwer zu fassen, denn Religion, Dichtung, Psychologie und Medizin ordnen ihm jeweils andere Breitengrade zu. Ist es verwegen, dieses Land auch mit dem Kompass der modernen Naturwissenschaft zu erkunden? Darf ein Molekularbiologe auf Seelensuche gehen?

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