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Feines Näschen Nase kann eine Billion Gerüche unterscheiden

Oft unterschätzt – dabei so wichtig: der Geruchssinn. Wir lassen uns von Düften verführen und sogar manipulieren. Gerüche helfen uns bei der Orientierung und leiten uns bei der Partnerwahl. Dabei muss die Nase unter unglaublich vielen Gerüchen unterscheiden.

Stand: 22.05.2017

Lange hieß es, ein Mensch könne nur 10.000 Gerüche unterscheiden. Doch eine Studie im Wissenschaftsmagazin "Science" aus dem März 2014 rüttelte gewaltig an dieser These. Denn Andreas Keller und sein Team von der Rockefeller University in New York wollten herausfinden, wie gut unsere Nase Gerüche herausfinden kann – und kamen zu einem erstaunlichen Resultat: Über eine Billion Gerüche kann laut ihrer Studie unser Geruchssinn unterscheiden. Damit könnte die Nase mehr Reize wahrnehmen als Augen und Ohren zusammen.

Versuch mit Geruchs-Cocktails

Sie kann mehr Gerüche unterscheiden als bisher angenommen.

Die Forscher an der Rockefeller University mischten Geruchs-Cocktails aus zehn, zwanzig oder dreißig unterschiedlichen Bestandteilen und untersuchten, wie gut Menschen diese Mixtur unterscheiden konnten. 26 Testpersonen sollten aus jeweils drei Proben jenen Geruch auswählen, der von den anderen beiden identischen Mixturen abwich. Dabei bestand der Unterschied oft nur in wenigen Bestandteilen und Nuancen.

Nase feiner als gedacht

Über fünfzig Prozent der Teilnehmer konnten die Mixturen zuverlässig unterscheiden, wenn bis zu 75 Prozent der Komponenten identisch waren. Einige Versuchspersonen konnten sogar Duftmischungen auseinanderhalten, die zu 75 und 90 Prozent in ihren Bestandteilen übereinstimmten. Die Wissenschaftler rechneten die Ergebnisse hoch und kamen zu dem Schluss, dass die Nase mindestens eine Billion Gerüche unterscheiden kann.

Geruchscode von Lebensmitteln entschlüsselt

Es riecht nach Erdbeeren!

Erdbeeren, Kaffee, Grillfleisch, frisch gekochter Kohl: Wir erkennen Lebensmittel an ihrem Geruch. Wie wir das machen, haben Thomas Hofmann und sein Team von der Technischen Universität München untersucht. Sie haben das Geruchsstoffmuster von 227 Lebensmittelproben analysiert und Überraschendes festgestellt:

Schlüsselaromen bestimmen Geschmack

Neben den fünf Geschmacksrichtungen süß, bitter, salzig, sauer und umami tragen viele verschiedene Geschmacksnoten zum sensorischen Gesamteindruck eines Lebensmittels bei. Bisher wurden etwa 10.000 flüchtige Verbindungen in Lebensmitteln identifiziert. Bei der Analyse der Geruchsstoffmuster kam heraus, dass der typische Geruch eines einzelnen Lebensmittels jedoch nur von drei bis 40 Schlüsselaromen in speziellen Konzentrationen bestimmt wird. Und die nahezu unbegrenzte Vielfalt an Lebensmittelaromen beruht auf nur 230 Schlüsselgeruchsstoffen.

Cognac ist komplex

Beispiele: Während Sauerrahmbutter durch eine Kombination aus nur drei Schlüsselmolekülen kodiert ist, sind es bei frischen Erdbeeren zwölf. Spitzenreiter in der Anzahl der Schlüsselmoleküle ist Cognac: Bei ihm spielen 36 Schlüsselmoleküle zusammen.

Gehirn bastelt Duftnote zusammen

Essen wir eine Banane, übersetzen wir die chemischen Geruchscodes in olfaktorische Reizmuster. Dafür müssen die Schlüsselgeruchsstoffe mit einem oder mehreren der 400 Geruchsrezeptoren in der Nase zusammenarbeiten. "Mit der Kombination von nur wenigen Schlüsselaromen lässt sich eine authentische Geruchswahrnehmung erzeugen", so Thomas Hofmann vom Lehrstuhl für Lebensmittelchemie und molekulare Sensorik der TU München. So riecht eine Komponente der Erdbeere eigentlich nach Zuckerwatte, fehlt dieses Aroma allerdings schmeckt die Erdbeere eben nicht mehr nach Erdbeere.

Zahl der Geruchsmoleküle: unbekannt

Wie die Autoren der Studie betonten, sei diese Schätzung noch konservativ. Denn bisher sei noch gar nicht bekannt, wie viele Geruchsmoleküle es insgesamt gibt – somit sei auch unbekannt, wie viele davon die Nase überhaupt erkennen kann. Zudem besteht jeder Geruch aus vielen verschiedenen Geruchsmolekülen. Ein Beispiel: Allein der Rosenduft besteht aus 275 Bestandteilen.

"Wir haben viel mehr Sensibilität in unserem Geruchssinn, als wir uns selbst zugestehen."

Studienleiter Andreas Keller, Rockefeller University, New York (USA)

Wem der Duft stinkt

In der Mitte des Gesichts

An was denken Sie beim Geruch von Gras?

Lange führte der Geruchssinn in der Forschung ein Schattendasein. Einer der auf diesem Gebiet Grundlagenforschung betreibt, ist Hanns Hatt, Professor am Lehrstuhl für Zellphysiologie an der Ruhr-Uni Bochum. Hatt findet es verwunderlich, dass wir kaum auf den Geruchssinn achten, obwohl doch die Nase als Mittelpunkt im Gesicht steht und der Mensch genauso von Gerüchen gesteuert wird, wie es im Tierreich bekannt ist.

Unterschiedliche Chemorezeptoren

Probanden testen im Labor von Hans Hatt Gerüche

Wie sehr der Riechsinn eines Menschen ausgeprägt ist, wird mit Labortests und den unterschiedlichsten Gerüchen wie Ammoniak, Knoblauch oder Lavendel untersucht. Dabei stellt sich heraus, dass die Chemorezeptoren der Riechzellen - genetisch bedingt - höchst unterschiedlich ausgeprägt sind. So können einige Probanden einen Geruch gar nicht wahrnehmen, während andere direkt Kopfschmerzen von ihm bekommen, weil er ihnen so stark vorkommt. Das liegt daran, dass der für diesen Geruch unempfindliche Mensch eine nicht-funktionale Rezeptorvariante in seiner Nase hat.

Erinnerungen prägen

Hans Hatt, Geruchsforscher

Auch bei der weiteren Verarbeitung im sogenannten olfaktorischen Kortex des Gehirns ist das Geruchserlebnis höchst individuell. Dabei kommt die persönliche Biografie zum Tragen: Welche früheren Erlebnisse werden mit dem Duftreiz verbunden? Verbindet man mit Grasduft positive oder negative Erinnerungen? Hanns Hatt erklärt: "Das bedeutet, dass jedes Duftmolekül, das wir mit der Nase wahrnehmen, mit jedem Atemzug, direkt im Erinnerungszentrum abgespeichert wird, und die Emotion, die man hat, gleichzeitig mitverpackt wird."

Bei Augen und Ohren lässt sich die Leistungsfähigkeit der Sinne einfacher bestimmen. Denn es gibt Größen, die als Referenz dienen: das Spektrum der vom Menschen sichtbaren Wellenlängen des Lichts und der hörbaren Tonfrequenzen. Laut Schätzungen kann das Gehör etwa 340.000 unterschiedliche Töne erkennen. Augen können 2,3 bis 7,5 Millionen Farben unterscheiden. Das bedeutet: Die Nase kann der neuen Studie zufolge weit mehr unterschiedliche Reize wahrnehmen als Auge und Ohr.

Der älteste Sinn, der schon im Mutterleib geprägt wird

Der Geruchsforscher Hans Hatt von der Ruhr-Universität Bochum

Riechen, so erklärte Hans Hatt, der Geruchsforscher der Universität Bochum, hat sich in der Evolution vor dem Sehen und Hören entwickelt und war schon im "Urmeer" von elementarer Bedeutung. Als die ersten Lebewesen an Land gingen – wie Eidechsen und Krokodile – konnten sie durch den Geruchssinn wesentlich weiter kommunizieren als durch das Sehen. Durch den Geruch konnten nicht nur Nahrung oder Feinde über eine weite Entfernung ausgemacht werden, sondern auch geeignete Partner. Deshalb war der Geruchssinn so wichtig bei den ersten Lebewesen an Land und allen, die sich aus ihnen entwickelten, so Hatt weiter. Seinen Höhepunkt hatte diese Entwicklung schließlich bei den Nagern: Von Mäusen und Ratten wissen die Forscher, dass sie den besten Geruchssinn haben. Während der Urfisch über zehn Riechrezeptoren verfügte, haben die Mäuse über 1.000.

Und der Geruchssinn, so der Professor der Universität Bochum, hat sich nicht nur evolutionär früher entwickelt als die anderen. Nach allem, was man bisher weiß, wird der Geruchssinn auch bei Embryonen deutlich früher ausgeprägt als das Hören und Sehen. Ab der 26. bis 27. Schwangerschaftswoche zeigt sich bei Embryonen, so Hatt, dass die Nase und die dazugehörigen Hirnstrukturen schon angelegt sind. Und es konnte schon nachgewiesen werden, dass Embryonen im Mutterleib riechen können und im Bauch der Mutter Düfte kennenlernen.

"Wir lernen auch Düfte bewerten, mit der Mutter sozusagen. Also Düfte, die die Mutter hasst und die bei ihr besonders negative Emotionen hervorrufen, das überträgt sich auf den Embryo. Und der speichert diesen Duft schon als ganz negativ ab."

Prof. Dr. Dr. Dr. habil. Hans Hatt, Zellbiologe und Geruchsforscher an der Ruhr-Universität Bochum im Gespräch mit Gerda Kuhn, Bayern 2

Und auch dann, wenn er später als junger Menschen den Duft noch nie selbst gerochen hat, reagiert er noch Jahre später negativ auf ihn.

Wie das Riechen funktioniert

Nasenschleimhaut

Nur eine feuchte Nasenschleimhaut kann die Geruchsmoleküle – die mikroskopisch kleinen Teilchen einer riechenden Substanz - dorthin transportieren, wo sie wahrgenommen werden: an die Riechzellen. Diese sind spezialisierte Nervenzellen am Dach der Nasenhöhle. Rund 30 Millionen hat jeder von uns davon und eine jede trägt auf ihrer Oberfläche spezielle Rezeptoren.

Rezeptoren

Diese Rezeptoren, diese Sensoren für die Duftstoffe in unserer Nase, sind sehr spezialisiert und spezifisch. Man kann sie mit einem Türschloss vergleichen, in das nur ein Schlüssel passt, manchmal vielleicht sogar mehrere Schlüssel. Können Duftmoleküle an den Rezeptor andocken, lösen sie eine elektrische Erregung aus. Die Riechzelle sendet diesen Reiz entlang feiner Riechfasern direkt weiter zum sogenannten "Riechkolben" oberhalb der Nasenwurzel im Gehirn.

Riechkolben und Riechzentrum

Dieser Riechkolben ist die zentrale Schaltstelle, wo die erste Verarbeitung des Geruchs erfolgt. Von dort geht das Signal weiter an das Riechzentrum des Gehirns, das direkt hinter der Nase sitzt. Hier findet die Analyse des einlaufenden Signals statt. Die Ergebnisse werden an unser Großhirn weitergeleitet. Jetzt ist es endlich soweit: Wir nehmen den Geruch in unserer Nase wahr. Das alles geschieht innerhalb von weniger als einer halben Sekunde. Bis zum März 2014 gingen die Forscher davon aus, dass der Mensch rund 10.000 Gerüche unterscheiden kann. Dann kam eine Studie in den USA auf eine Billion Düfte, die der Mensch unterscheiden könne.

  • radioWissen: Supersensor Nase - Diagnose und Therapie von Riechstörungen, Bayern 2, 23.03.2018, 09.05 Uhr
  • radioWissen: Düfte beschrieben - Immer der Nase nach, Bayern 2, 23.01.2018, 15.05 Uhr
  • radioWissen: Düfte beschrieben - Immer der Nase nach, Bayern 2, 02.01.2018, 09.05 Uhr
  • Planet Wissen "Wie das Riechen unser Leben beeinflusst", mit Prof. Hanns Hatt, ARD-alpha 07.07.2017, 15.00 Uhr
  • IQ - Wissenschaft und Forschung: "Riechen - unser ältester Sinn". Gerda Kuhn im Gespräch mit dem Zellbiologen und Geruchsforscher Prof. Hanns Hatt, Bayern 2, 23.05.2017 18.05 Uhr
  • radioWissen: "Wunderwerk Nase - Das Riech- und Atemorgan des Menschen", Bayern 2, 27.06.2014, 9.05 Uhr; 10.07.2014, 15.05 Uhr
  • radioWissen: "Düfte - Unser direkter Weg ins Unbewusste", Bayern 2, 27.06.2014, 9.05 Uhr; 10.07.2014, 15.05 Uhr

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