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Drum prüfe, wer sich ewig bindet, empfiehlt Friedrich Schiller Brautpaaren in seinem Klassiker Die Glocke. Dem prüfenden Paar können Molekularbiologen nun einen neuen Tipp geben: mit der Nase testen, ob künftig seine Spermien den Weg zu ihrem Ei finden. Der Fruchtbarkeitstest geht so: Sie lässt ihn an Maiglöckchenduft schnuppern. Riecht der Bräutigam nichts, dann hat er sehr wahrscheinlich ein Problem. Nicht nur in seiner Nase fehlt der funktionierende Riechrezeptor für den Maiglöckchenduft, sondern auch auf seinen Spermien. Normalerweise schwimmen diese, quasi immer nur der Nase nach, zum Maiglöckchenduft verströmenden Ei. Ist der Duftrezeptor der Spermien defekt, dann geht es ihnen wie einem Radio ohne Antenne – sie rauschen nur sinnlos herum.

Die Entdeckung, dass der gleiche Riechrezeptor auf Spermien und in der Nase vorkommt, ist dem Team des Zellphysiologen Hanns Hatt an der Ruhr Universität Bochum (RUB) gelungen und wird aktuell im Fachblatt Current Biology beschrieben. Hatt bezeichnet seine Arbeit als praktische Anwendung jener Grundlagenforschung über das Riechen, die am Montag vom Stockholmer Karolinska Institut mit dem Nobelpreis für Medizin und Physiologie ausgezeichnet wurde. Die stolze Summe von 1,1 Millionen Euro teilen sich je zur Hälfte die 57-jährige Amerikanerin Linda Buck vom Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle und ihr ein Jahr älterer Landsmann und Forschungschef Richard Axel vom Howard Hughes Medical Institute der Columbia University in New York.

Hanns Hatt kennt die beiden Laureaten gut, mit Linda Buck hat er wiederholt kooperiert. Er hält beide für "begnadete Forscher, die fantastische Arbeit geleistet und viel Stehvermögen gezeigt haben". Das war auch notwendig. Denn sie mussten ein riesiges Puzzle von Daten zum klaren Bild von der Funktionsweise des Geruchssinns zusammenfügen. Dieser war lange Zeit der rätselhafteste unserer Sinne. "Die Grundprinzipien des Erkennens und Erinnerns von rund zehntausend verschiedenen Gerüchen waren unverstanden", konstatiert das Nobel-Komitee. Bis Linda Buck und Richard Axel 1991 eine große Familie von rund tausend Genen beschrieben, die eine entsprechende Zahl verschiedener Riechrezeptoren in der Nase von Ratten bilden.

Millionen solcher Duftdetektoren sitzen in der Nasenschleimhaut. Sie fischen aus der Atemluft gezielt jene Geruchsstoffe heraus, deren Form und chemische Eigenschaften besonders gut zu ihnen passen, ähnlich wie der Schlüssel zu einem Schloss. Hat ein Rezeptor ein passendes Duftmolekül eingefangen, dann löst dies eine Kaskade von Botenstoffen in der Rezeptorzelle aus. Diese leitet das Signal weiter an entsprechende Schaltknoten im Riechkolben, einem vorgelagerten primitiven Teil des Gehirns. Von dort übermitteln Nerven die Botschaft weiter in die Rinde des Großhirns (Cortex). Doch damit war erst ein Teil des Rätsels gelöst. Denn wie schaffen es nur tausend Rezeptortypen, mehr als zehntausend verschiedene Düfte zu identifizieren?

Im März 1999 veröffentlichte Linda Buck die grundsätzliche Lösung des Problems: Der Geruchssinn kombiniert jeweils die Signale mehrerer Rezeptoren, um eine spezifische Duftsubstanz zu identifizieren. Möglich ist dies, weil zu jedem Schloss mehrere ähnlich geformte Schlüssel passen können. Bei guter Passform sendet der Rezeptor ein starkes, bei schlechter Passform ein schwaches Signal. "Jeder Rezeptor wird immer wieder benutzt, um einen Geruch zu definieren, ähnlich wie Buchstaben immer wieder dazu dienen, verschiedene Wörter zu bilden", erklärt Buck das Prinzip. So wie sich mit Buchstaben (Rezeptoren) verschiedene Wörter (Duftmoleküle) charakterisieren lassen, kann man mit weiteren Rezeptorkombinationen ganze Sätze (Duftbuketts) abbilden bis hin zum großen Vokabular der zehntausend Düfte.

Bei Nagern konnte Buck eine besondere Gruppe von etwa 150 Genen nachweisen, deren Rezeptoren auf spezielle Duftstoffe ansprechen, auf Pheromone. Diese entfalten im Nagerhirn über ihre Rezeptoren triebhafte Reaktionen, etwa Fluchtreflexe, Aggression oder Kopulation. Die Pheromonsignale laufen nicht über den Riechkolben zum Großhirn, sondern über eine besondere Schaltstelle, das vomeronasale Organ. Auch Menschen haben ein solches Organ in der Nase. Allerdings ist dieses Anhängsel, dem Sexual- und Parfumforscher allerlei betörende Funktionen nachgesagt haben, beim Menschen arg verkümmert. Von 150 Pheromonrezeptorgenen sind nur noch fünf aktiv. Auch der menschliche Geruchssinn ist im Vergleich mit dem von Nagern oder Hunden schwach. Statt tausend Rezeptorgenen sind beim Menschen nur etwa 350 aktiv, der Rest ist abgeschaltet.

Dennoch ist Hanns Hatt überzeugt, dass die medizinische Bedeutung dieser 350 Rezeptorgene weit über die bisher bekannte Rolle beim Geruchssinn hinausgeht. Dass Spermien diese Rezeptoren nutzen, sei nur ein Beispiel. Die chemische Kommunikation zwischen Zellen, Organen und Lebewesen mit Duftstoffen, Pheromonen und Hormonen ist uralt. Und die Natur nutzt wichtige Instrumente wie Rezeptoren aus Effizienzgründen an möglichst vielen anderen Stellen. "Riechrezeptoren waren sehr wahrscheinlich zuerst auf primitiven Einzellern wie den Spermien vorhanden, bevor sie im Lauf der Evolution in unserer Nase auftauchten", sagt Hatt.