Sensoren des Riechsystems

Das Riechsystem der Maus besteht aus mehreren chemosensorischen Organen in der Nasenhöhle (a,b). Das größte dieser Organe ist das olfaktorische Epithel (OE). Es leitet Geruchsinformationen an den Riechkolben (Bulbus olfactorius, BO) des Gehirns weiter. Mit dem vomeronasalen Organ (VNO) nimmt die Maus Signalstoffe auf. Die Funktion des Grünebergganglions (GG) und des Septalorgans (SO) ist noch nicht genau verstanden. Der Gewebeschnitt durch das olfaktorische Epithel (c) zeigt grün gefärbte Riechzellen. Zu erkennen sind die Zellkörper (S), Dendriten (d), Cilienköpfe (k) und die chemosensorischen Cilien (c). Am unteren Ende der Zellen sind die Nervenfortsätze (Axone, a) zu sehen, die das Ausgangssignal zum Gehirn leiten. Die schematische Darstellung (d) zeigt verschiedene Zelltypen des olfaktorischen Systems. © Professor Dr. Stephan Frings

Die Riechzellen in der Nase sind die erste Ebene des Riechsystems. Riechzellen detektieren Duftstoffe in der Atemluft, und sie erzeugen elektrische Signale, die das Gehirn zur Geruchswahrnehmung verwenden kann.

In der Nasenhöhle von Mäusen finden sich mehrere chemosensorische Organe, mit denen die Tiere ihre Umwelt erfassen. Das größte dieser Organe ist das Riechepithel (olfaktorisches Epithel) im hinteren Bereich der Nasenhöhle. Das Epithel bedeckt ein kompliziertes System aus Strömungskörpern und erreicht dadurch eine sehr große Gesamtfläche.

Wenn ein Geruchsstoff in die Schleimhautschicht eindringt, bindet er an spezifischen Rezeptoren auf den Riechhaaren. Es gibt viele verschiedene Rezeptortypen, die bei ihrer Reizung eine Reaktionskette innerhalb der Sinneszellen auslösen. © MMCD

Wo Neurone an die Außenwelt gelangen

Das Riechepithel ist der einzige Ort des Körpers, wo Neurone durch die Oberfläche hindurch zur Außenwelt gelangen: Die Riechzellen – so genannte olfaktorische Rezeptorneurone – schieben dazu ihre Dendriten (kurze Fortsätze) bis zur Gewebeoberfläche und strecken einen Schopf feiner Sinneshärchen, so genannte chemosensorische Cilien, aus der Oberfläche heraus. Ein einzelnes Cilium hat einen Durchmesser von circa 0,1 Mikrometer.

An diese feinen Härchen binden Duftstoffe, wodurch eine Reaktionskette ausgelöst wird, die letztlich zu einem elektrischen Signal führt. Über die langen Fortsätze (Axone) der Riechzellen werden die elektrischen Signale an die erste Verarbeitungsstelle im Gehirn geleitet. Das ist der Riechkolben oder „Bulbus olfactorius“.

Aufbau der Riechschleimhaut © Marian Sigler / GFDL

Riechzellen leben nicht lange

Die Riechzellen sind in der Nasenhöhle ständig der Außenwelt ausgesetzt. Das scheint ihnen allerdings nicht gut zu bekommen, denn sie sterben schon nach wenigen Wochen ab und werden durch neue Riechzellen ersetzt. Das Riechepithel ist damit eines der wenigen Nervengewebe, das sich ständig aus Stammzellen erneuert.

Die Frage, die sich die Forscher des Interdisziplinären Zentrums für Neurowissenschaften der Universität Heidelberg um Professor Dr. Stephan Frings stellen, lautet: Wie wird aus einer chemischen Information (Duftstoff) ein elektrisches Signal? Kurz: Wie funktioniert eine Riechzelle?

In die Membran der Cilien von Riechzellen sind spezielle Rezeptorproteine eingelagert. Damit werden Duftstoffe detektiert: Die Duftstoffe binden an die Rezeptoren und aktivieren die Riechzelle. Eine Ratte verfügt über 1.200 verschiedene Rezeptorproteine, Hunde besitzen 900 und Menschen 380.