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Die Geruchswahrnehmung bei Insekten

Wie nehmen Insekten Duftstoffe war?

Anders als bei uns Menschen nehmen Insekten Gerüche bzw. Geschmack über ihre Antennen bzw. ihre Mundwerkzeuge wahr. Bei Urinsekten erfüllen die Vorderbeine die Funktion einer „Nase“. Je nach Insektenart können die Antennen verschiedenartig gestaltet sein (Abbildung 1, rechts) und dienen neben dem Riechen weiteren Funktionen, wie dem Abtasten der Umgebung oder der Temperaturwahrnehmung. Die Antennen mancher Insektenarten weisen eine stark vergrößerte Oberfläche auf. Da diese die Anzahl der möglichen einzufangenden Duftmoleküle erhöht, spricht man deshalb auch von einem Molekularsieb.

Wie erfolgt die Geruchswahrnehmung bei Insekten?

Auf der Insektenantenne befindet sich eine Vielzahl von „Sinneshaaren“, die sogenannten Sensillen. Als chemosensitive Sensillen bezeichnet man diejenigen, die die Funktion der Geruchs- bzw. Geschmackswahrnehmung erfüllen. Eine solche Sensille besitzt auf ihrer Oberfläche zahlreiche Poren, welche die Verbindung von Sensilleninnerem mit der Umwelt darstellen (Abbildung 2, rechts). Die Fortsätze der Riechsinneszellen (Dendriten) reichen weit ins Sensilleninnere und sind von Sensillenlymphe umgeben. Eine einzelne Sensille kann von zu über 100 Riechsinneszellen innerviert sein. Trifft ein Duftstoffmolekül auf die Insektenantenne und tritt durch eine Sensillenpore wird es von sogenannten Duftstoff bindenden Proteinen (OBPs, odorant-binding proteins) abgefangen und zu einem der in der dendritischen Membran verankerten Duftstoffrezeptoren (OR, olfactory receptor) transportiert. OBPs sind notwendig, um die meist hydrophoben Duftstoffmoleküle über die wässrige, und damit hydrophile, Sensillenlymphe hinweg zu befördern und sie vor enzymatischem Abbau zu schützen. Die Anlagerung des OBP-Duftstoff-Komplexes am OR führt zu einer Permeabilitätsänderung der Dendritenmembran, wodurch ein Nervenimpuls auslöst wird. Die Erregungsweiterleitung erfolgt vom Dendrit weiter über das Axon der Sinnenzelle bis hin zum Riechzentrum des Insektenhirns, dem Antennallobus. Um eine erneute Erregung zu verhindern, werden die Duftstoffmoleküle von speziellen Enzymen (ODE, odor-degrading enzyme) im Anschluss abgebaut.

Wie empfindlich ist die Geruchswahrnehmung von Insekten?

Duftstoffe sind in der Luft oft nur in sehr geringen Konzentrationen vorhanden und ggf. muss die Wahrnehmung von Nahrung oder potentiellen Geschlechtspartnern über mehrere Kilometer hinweg erfolgen. Weiterhin muss relevante Information in kürzester Zeit vom unwichtigen „Umgebungsduft“ unterschieden werden. Der Geruchssinn von Insekten ist in der Lage dies zu leisten und so besitzen Insektenantennen gerade für die Wahrnehmung von Sexualpheromonen eine erstaunlich hohe Empfindlichkeit. Beim Seidenspinner, Bombyx mori, reicht z.B. ein Pheromonmolekül aus, um einen Nervenimpuls in einer Riechsinneszelle auszulösen. Man nimmt jedoch an, dass die Schwellenkonzentration für nahrungsassoziierte Duftstoffe mit 1010 bis 1011 Molekülen pro ml Luft deutlich höher liegt (M. Kaib in Dettner & Peters, 2003).