Treffpunkt Riechkolben

Die Abbildung zeigt die Verbindung der Nase zum Gehirn. Riechzellen mit gleichem Rezeptortyp sind über das gesamte Riechepithel verstreut, schicken aber Nervenzellfortsätze zur selben Stelle im Riechkolben. Dort wird das Signal von speziellen Hirnzellen (Mitralzellen) übernommen. Sie leiten die Information an höhere Hirnzentren weiter. Die Orte, wo jeweils einige Tausend Riechzellaxone mit einer Mitralzelle verschaltet sind, heißen Glomeruli. © Professor Dr. Stephan Frings

Doch nicht nur für die Riechzelle als solche, sondern auch für das geordnete Verkabeln der Riechzellenfortsätze mit dem Gehirn sind die Duftstoffrezeptoren wichtig: Die Axone aller Riechzellen, die den gleichen Rezeptortyp tragen, werden im Riechkolben zusammengeführt und mit den gleichen weiterführenden Neuronen, den „Mitralzellen“, verschaltet.

Sinneseindrücke von der Riechschleimhaut gelangen über viele tausend Nervenfasern in den Riechkolben an der vorderen Basis des Gehirns. In diesem Zentrum für Gedächtnis und Emotionen wird der Duft identifiziert und die Information an das Riechareal in der Großhirnrinde weitergeleitet. Dort werden die Geruchseindrücke schließlich mit den Meldungen anderer Sinne assoziiert und entsprechende Reaktionen hervorgerufen. © MMCD

Eine räumliche Abbildung des Geruchs

Jede Mitralzelle wird damit zuständig für das Weitergeben sensorischer Informationen, die von Riechzellen gleicher Selektivität geliefert werden. Das Zusammenführen dieser Informationen lässt im Riechkolben eine räumliche Abbildung des Geruchs entstehen: Jeder Geruch erzeugt ein einzigartiges Aktivitätsmuster der Mitralzellen. Nach der heutigen Vorstellung der Wissenschaftler wird dieses Muster vom Gehirn selektiert und zu einer Geruchswahrnehmung verarbeitet.

Damit dies geschehen kann, müssen aus chemischen Reizen elektrische Signale werden. Auch dabei kommt den Duftstoffrezeptoren eine Schlüsselrolle zu. Wenn sie von einem Duftstoff aktiviert werden, folgt eine Kaskade weiterer Signale: Zunächst wird ein weiteres Protein aktiviert, die Adenylatzyklase in der Cilienmembran der Riechzelle. Daraufhin entsteht in den Cilien ein Botenstoff, cAMP. Damit ist das Signal von außen, von der Atemluft, in das Innere der Cilien geleitet worden.

In den winzigen Cilien der Riechzellen (links außen) werden Duftstoffsignale verarbeitet und übertragen. Die Grafik zeigt ein Modell der komplexen molekularen Ereignisse, die folgen, nachdem ein Duftstoff an seinen Rezeptor (R) gebunden hat. © Professor Dr. Stephan Frings

Noch viele Fragen offen

Was danach geschieht, ist erst in groben Zügen bekannt: Es öffnen sich zwei Arten von Ionenkanälen, die einen lassen Kalzium in die Cilien einströmen, die anderen leiten Chlorid aus den Cilien heraus. Dies führt zur elektrischen Erregung der Riechzelle, die sodann ein elektrisches Signal an ihre Mitralzelle schickt.

Bei dieser Abfolge von Reaktionen handelt es sich um ein einfaches Arbeitsmodell, das den Forschern hilft, Experimente zu planen und Ergebnisse zu interpretieren. In Wirklichkeit sind an dem gesamten „Signaltransduktionsprozess“ sehr viel mehr Komponenten beteiligt. Die Wechselwirkung all dieser Komponenten gewährleistet die Funktion der Riechzelle. Und genau diese Komponenten gilt es zu verstehen, will man begreifen, wie eine Riechzelle arbeitet.