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Die Nase nimmt nicht nur Düfte wie von Rosen oder Orangen wahr, sondern auch chemische Botenstoffe wie Kairomone. Sie spielen im Tierreich eine Rolle und werden etwa von Katzen, Wieseln und anderen Raubtieren abgesondert. Bei Beutetieren wie Mäusen lösen sie ein angeborenes Fluchtverhalten aus. Forscher der Saar-Uni haben untersucht, wie drei dieser Stoffe im Gehirn verarbeitet werden. Für sie gibt es jeweils einen eigenen Signalweg. Erst in zwei Hirnregionen, der Amygdala und dem Hypothalamus, fließen die Informationen zusammen. Beim Menschen steuern diese Areale zum Beispiel Gefühle wie Angst. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Current Biology“ veröffentlicht.
„Ich kann dich nicht riechen“ – an diesem Spruch ist etwas Wahres dran. Mäusen kann diese Tatsache sogar das Leben retten. Denn: Mäuse, aber auch andere Beutetiere haben eine angeborene Aversion gegen den Geruch von Fressfeinden. Diese Reaktion wird von bestimmten Botenstoffen, den Kairomonen, vermittelt. Sie lösen bei der Maus einen angeborenen Fluchtinstinkt aus.
„Es gibt etliche dieser chemischen Botenstoffe. Sie regen die Sinneszellen des sogenannten olfaktorischen Systems an“, sagt Physiologie-Professor Frank Zufall von der Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes. Das System sitzt in der Nase von Säugetieren – somit auch beim Menschen – und besteht aus vielen Untereinheiten. Diese reagieren spezifisch auf eine bestimmte Substanz und leiten Reize über Nervenbahnen an das Gehirn weiter. Wie dieser Prozess genau vonstattengeht, haben Forscher um Zufall und Professorin Trese Leinders-Zufall in einer aktuellen Studie mit Hilfe von drei Kairomonen untersucht. „Wir haben dazu mit Botenstoffen von Fleischfressern, Katzen und Hermelinen gearbeitet, die je eine eigene Untereinheit aktivieren“, so Zufall.
Zunächst haben die Wissenschaftler in einem Verhaltenstest untersucht, wie Mäuse auf die drei Substanzen reagieren. Dazu haben sie jeweils eine „Duft“-Probe in einer Ecke des Käfigs ausgelegt. „Es hat sich gezeigt, dass die Tiere sich in die gegenüberlegende Ecke zurückgezogen und alle drei Stoffe gemieden haben“, sagt der Homburger Physiologe.
In einem weiteren Schritt sind die Forscher der Frage nachgegangen, wie diese neuronalen Schaltkreise funktionieren – wie also die Reize vom olfaktorischen System ins Gehirn weitergeleitet und verarbeitet werden. Dazu haben sie Gene identifiziert, mit denen sie die Untereinheiten und so die Reizweiterleitung gezielt ausschalten konnten. „Wir haben festgestellt, dass sich die drei Subsysteme nicht kreuzen und getrennt voneinander funktionieren“, so der Professor. Aus Sicht der Evolution macht es Sinn, wenn solche Informationen parallel verarbeitet werden. Zufall erläutert: „Die Signalwege stehen sich nicht im Weg. Besitzt das olfaktorische System eines Tieres mehrere Untereinheiten, ist die Chance höher, dass sich die Tierart gleich vor mehreren Fressfeinden in Sicherheit bringen kann.“
Die Studie hat zudem gezeigt, dass die Informationen erst in zwei Hirnregionen, der Amygdala und dem Hypothalamus, zusammenfließen. „Hier aktivieren die Signale ein ganz eng umschriebenes Areal“, erklärt Zufall. Diese Gebiete sind für verschiedene Aufgaben verantwortlich, so steuern sie zum Beispiel die Nahrungsaufnahme oder den Tag-Nacht-Rhythmus, aber eben auch Emotionen wie Angst, die für das Fluchtverhalten wichtig ist. Welche Zellen dort genau angeregt werden oder ob die Signale unterschiedliche Zellen aktivieren, müssen nun Folgestudien klären.
Auch in der menschlichen Amygdala werden Gefühle wie Ängste gesteuert. Das Hirnareal scheint auch daran beteiligt zu sein, Panikattacken auszulösen. Darüber hinaus besitzt der Mensch ähnliche und zum Teil identische olfaktorische Untereinheiten. Welche Bedeutung sie haben, müssten Studien zeigen. Genauere Erkenntnisse bei dieser Form der Sinnesverarbeitung könnten in Zukunft beispielsweise helfen, Therapien für Menschen mit Angststörungen zu entwickeln.
An dem Projekt waren neben den Homburger Physiologen Forscherkollegen aus Argentinien und den USA beteiligt. Die Studie wurde veröffentlicht: A. Pérez-Gómez, K. Bleymehl, B. Stein, M. Pyrski, L. Birnbaumer, S. D. Munger, T. Leinders-Zufall, F. Zufall und P. Chamero. , Innate Predator Odor Aversion Driven by Parallel Olfactory Subsystems that Converge in the Ventromedial Hypothalamus, Current Biology (2015).
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.03.026
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Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Frank Zufall
Centrum für Integrative Physiologie und Molekulare Medizin (CIPMM)
E-Mail: frank.zufall(at)uks.eu
Tel.: 06841 16-16351
Professor Frank Zufall
Foto: Saar-Uni
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Professorin Trese Leinders-Zufall
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Medizin
überregional
Forschungsergebnisse, Forschungsprojekte
Deutsch
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