Nasen von Hauskatzen funktionieren möglicherweise wie hocheffiziente chemische Analysegeräte

Parallelen zwischen Katzennasen und Gaschromatographie geben neue Einblicke in die Evolution der Säugetiere

04.07.2023 - USA

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Eine neue Computersimulation der Nasen von Hauskatzen deutet darauf hin, dass die gewundenen Nasenstrukturen, die an ihrem Geruchssinn beteiligt sind, ähnlich funktionieren wie parallel gewundene Gaschromatographen - Laborgeräte, die für die hocheffiziente Analyse der chemischen Zusammensetzung von Substanzen verwendet werden. Zhenxing Wu von der Ohio State University, USA, und Kollegen stellen diese Ergebnisse am 29. Juni 2023 in der Open-Access-Zeitschrift PLOS Computational Biology vor.

Wirbeltiere benutzen ihre Nasen sowohl zum Atmen als auch zum Riechen, wobei Rezeptoren in der Nase Gerüche in der eingeatmeten Luft erkennen. Einige frühere Studien deuten darauf hin, dass die Geruchserkennung bei Wirbeltieren ähnlich wie die grundlegende Gaschromatographie funktionieren könnte, bei der die zu analysierende Substanz verdampft und von einem konstanten Gasstrom durch ein Rohr geleitet wird. Die verschiedenen chemischen Komponenten der Substanz interagieren auf unterschiedliche Weise mit der Röhre und ermöglichen so die Identifizierung der einzelnen Komponenten.

Parallelen zwischen Gaschromatographie und Nasenfunktion wurden bereits bei Amphibien beobachtet. Bisher wurden diese Parallelen jedoch nur in wenigen Studien für die Nasen von Säugetieren untersucht, deren Kanäle, durch die die Luft strömt, um die Geruchserkennung zu ermöglichen, stärker verzweigt sind.

Um neue Erkenntnisse zu gewinnen, entwickelten Wu und Kollegen ein anatomisch genaues dreidimensionales Computermodell der Nase einer Hauskatze. Sie stützten sich dabei auf eine Reihe von Techniken, darunter hochauflösende Mikro-CT-Scans einer echten Katzennase und computergestützte Strömungsmodellierung.

Die Simulation des Luft- und Geruchsstroms durch die virtuelle Katzennase zeigte, dass sie ähnlich wie ein parallel gewickelter Gaschromatograph zu funktionieren scheint, bei dem die Effizienz der grundlegenden Technik durch die Verwendung mehrerer Röhren, die von einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom abzweigen, gesteigert wird.

Mit anderen Worten: Hätte die Nase einer Katze nur ein einziges gerades Rohr für die Geruchserkennung, müsste es länger sein, als es die Größe des Kopfes zulässt, damit die Geruchserkennung so effizient wäre, wie sie tatsächlich zu sein scheint. Mehrere komplexe Kanäle scheinen 100-mal effizienter zu sein als eine einzige gerade Röhre, wie sie die meisten Amphibien haben.

Diese Ergebnisse vertiefen das Verständnis dafür, wie die Evolution von mehr verschlungenen Kanälen den verbesserten Geruchssinn von Säugetieren - insbesondere von Katzen - ermöglicht hat.

Die Autoren fügen hinzu: "Das evolutionäre Vorkommen der gewundenen Riechkanäle in den Nasen von Säugetieren ähnelt auf bemerkenswerte Weise einem anderen Sinnesorgan, der schneckenartig gewundenen Cochlea, die ebenfalls nur bei Säugetieren vorkommt. Bei Vögeln und anderen Wirbeltieren, die keine Säugetiere sind, ist das innere Hörorgan, obwohl es Cochlea genannt wird, stattdessen eine Röhre mit blinden Enden. Während wir wissen, dass die Entwicklung der Cochlea bei Säugetieren unsere Hörempfindlichkeit und den Frequenzbereich verbessert, gehen wir davon aus, dass die "Geruchscochlea" bei Säugetieren in ähnlicher Weise den Geruchssinn verbessert, indem sie als paralleler gewundener Chromatograph dient. Die Entdeckung offenbart neue Mechanismen zur Unterstützung einer hohen Geruchsleistung und fördert unser Verständnis der erfolgreichen Anpassung von Säugetierarten, einschließlich der Katze, einem wichtigen Haustier, an unterschiedliche Umgebungen."

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