Wunderbare Boten: Geruchszellen

 

(Abbildung 7) Einige Zellen in den sensorischen Systemen. Wie wir sehen können, hat jede Zelle ein bestimmtes Design.

Geruchsrezeptoren sind in Wirklichkeit Nervenzellen, deren Hauptfunktion es ist von den Geruchsmolekülen ausgelöste Botschaften an den Riechkolben weiterzutragen. In bezug auf ihre Anzahl gibt es in wissenschaftlichen Kreisen Ansichten, die voneinander abweichen. Einige Forscher setzen die Anzahl auf 10 Millionen, andere auf etwa 50 Millionen.Millionen von Geruchszellen die in der olfaktorischen Region in einer erstaunlichen Regelmäßigkeit angeordnet sind. Diese Region ist nicht größer als die kleinste Briefmarke. Wenn Sie alle technischen Mittel besäßen, und man Sie fragen würde Millionen von Zellen an genau den richtigen Orten zu platzieren, könnten Sie dies tun? So eine Aufgabe wäre selbstverständlich unmöglich. Nach all ihren Jahren an Forschung waren Forscher nicht in der Lage selbst die genaue Anzahl von Zellen zu bestimmen, geschweige denn Millionen von ihnen anzuordnen. Dies zeigt die Unmöglichkeit dieser Aufgabe.

In der Geruchszelle selbst gibt es eine auffallende Arbeitsteilung. Wie der wohlbekannte Forscher Stuart Firestein betont: „Das olfaktorische System erledigt seine sensorischen Aufgaben durch biologische Mechanismen, die vielen Signalsystemen gemeinsam sind.“  Dieses spezielle Design wird in Zeichnungen, die von Elektronenmikroskopbildern gewonnen werden deutlich erkennbar. (Abbildung 7) Die olfaktorische Zelle besteht aus 3 Hauptsektionen, den Zellkörper in der Mitte, die Mikrohaare an einem Ende, die als Zilien bekannt sind, und einen Vorsprung am anderen Ende, bekannt als Axon. (Abbildung 8) Der Zellkörper ist der Ort, an dem viele komplexe Aktivitäten stattfinden, die Zilien, wo der Kontakt mit den Geruchsmolekülen gemacht wird, und das Axon, wo die elektrischen Signale übermittelt werden.

(Abbildung 8) Die olfaktorische Zelle besteht aus 3 Hauptsektionen; Der Zellkörper ist in der Mitte, die Mikrohaare (Zilien) an einem Ende und die als Axon bekannte Erweiterung am anderen Ende. Es gibt zwischen 15 und 20 Millionen Geruchszellen in der Nase. Jede überlebt für etwa einen Monat und wird durch andere ersetzt.

Die Anzahl der Mikrohaare am Ende der Zelle reicht von 10 bis 30, ihre Längen zwischen 0.1 und 0.15 Millimeter (0.0039 bis 0.006 Zoll).Der Unterschied zwischen diesen Geruchshaaren und ähnlichen in anderen Regionen der Nase besteht darin, dass erstere sich bewegen und Geruchsrezeptoren besitzen. (Abbildung 9) Im Gegensatz zu anderen Zilien im Körper sind die olfaktorischen Mikrohaare völlig unabhängige Strukturen. Sie übernehmen die Rolle eines Gerüsts für die Rezeptoren. Bei genauem Hinsehen zeigt sich das höchst produktive Design der Mikrohaare, mit einer großen Fläche für den Kontakt zwischen Geruchsmolekülen und Rezeptoren, das in eine kleine Gegend eingeklemmt ist. Darüberhinaus hat die neueste Forschung aufgezeigt, dass jede olfaktorische Zelle bloß tausend verschiedene Typen von Geruchsrezeptoren besitzt, wie wir später eingehender untersuchen werden.

Obwohl die Begriffe Zilie oder Mikrohaare sehr einfache Strukturen andeuten mögen, beschreiben sie tatsächlich nur die Form der infrage kommenden Strukturen. In der Tat besitzen olfaktorische Mikrohaare eine unvergleichliche und außergewöhnliche Kommunikationstechnologie. Geruchsmoleküle, die sich im Schleim auflösen, verbinden sich mit speziellen Rezeptoren auf den Geruchsmikrohaaren. Die Beziehung zwischen dem Geruchsmolekül und dem Rezeptor ähnelt dem zwischen Schloss und Schlüssel. Infolgedessen wird auf Grund von noch nicht vollständig erforschten molekularen Einzelheiten innerhalb der Geruchsrezeptorzelle ein Signal gebildet. In diesem Stadium kommen sehr viele Proteine und Enzyme unfehlbar ihren Verpflichtungen nach.

Der Vorgang, bei dem Geruchsrezeptoren die Eigenschaften von Geruchsmolekülen in elektrische Signale umwandeln ist ziemlich kompliziert. Gegenwärtig sind nur zwei der Kommunikationsnetzwerke in den Geruchsrezeptorzellen bekannt. In den einfachsten Begriffen kann die Kommunikation wie folgt zusammengefasst werden:

Lassen Sie uns erst die Kommunikation untersuchen, die mittels der cAMP (zyklische Adenosin-3´5´-monophosphate) hergestellt wird. (Abbildung 10) Wenn sich die Geruchsmoleküle mit den Rezeptoren verbinden, beginnt in der Geruchsrezeptorzelle eine schnelle Folge von Vorgängen. Zunächst wird das G-alt- Protein in ein aktives Stadium gebracht und das Enzym AC wird aktiviert. AC beschleunigt die Umwandlung von ATP in der Zelle in cAMP - einen Botenstoff, der an den Kanal gebunden ist, welcher die Zilien mit der Zellmembran verbindet.

(Abbildung 10) Die Hauptstufen der cAMP-Kommunikationslinie, die sich in der Zelle bilden, wenn das Geruchsmolekül an den Geruchsrezeptor andockt.

Daraufhin öffnen sich die Kanäle und Kalziumionen treten in die Zilien ein. Das Eintreten der Kalziumionen bringt die Chloridkanäle dazu sich zu öffnen, und Chloridionen verlassen die Zilien. Auf diese Weise verliert eine Zelle mit einer eingangs negativen Ladung ihre Ladung, und es bildet sich ein elektrisches Signal als Folge dieser Reihe chemischer Reaktionen, das sich entlang den Zellaxonen bewegt, um den Riechkolben zu erreichen.

(Abbildung 10) Das elektrische Signal, das in den Geruchszellen als Folge verschiedener chemischer Reaktionen entsteht, erreicht den Riechkolben durch Bewegung entlang des Axons.

Einige Geruchsmoleküle beeinflussen nicht das Niveau der cAMP, heben aber anstelle dessen die Konzentration von IP3 (Inositol-1,4,5-Triphosphat), Welches den Vorgang in die Wege leitet, der das elektrische Signal in der Zelle verursacht. Die Stufen der Kettenreaktion dieser zellulären Kommunikation sind noch nicht vollständig bekannt. Dennoch ist die Kommunikation in diesen winzigen Zellen das Ergebnis eines erstaunlichen Designs.

Während all dies an einem Ende der olfaktorischen Zellen stattfindet, finden erstaunliche Vorgänge in den Axonen am anderen Ende statt. Das Axon trägt das in der Zelle entstehende Signal zum Riechkolben in der vorderen Region des Gehirns. (Abbildung 11). Um den Kolben zu erreichen, bilden neuronale Zellen Axone, die in Gruppen von 10-100 gebündelt sind, um die ethmoidale kribriforme Platte zu durchdringen, deren poröse Struktur es den olfaktorischen Nerven erlaubt durch sie zu passieren. Das Design in diesem Teil des Schädels ist bloß ein Faktor, der es ermöglicht Gerüche wahrzunehmen. Es wäre ansonsten für die Nerven unmöglich Kommunikationen untereinander einzuleiten und somit olfaktorische Signale zu übertragen. Wären alle notwendigen Elemente des olfaktorischen Systems vorhanden, aber die Passage durch den Knochen verhindert, würden man nicht in der Lage sein zu riechen. Ohne Zweifel ist jedes Deteil in diesem System vollends unentbehrlich.

Um diese Tatsachen in einem einzigen Satz zusammenzufassen: Die makellose Kommunikation in den olfaktorischen Zellen ist das Ergebnis eines speziellen Designs, und dieses Design ist nur einer der unzähligen Beweise für die Pracht in der Schöpfung.