V1: Tarsaler Geschmackssinn und Rüsselreaktion von Insekten

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1 Die Perzeption chemischer Reize spielt im Leben der meisten Tiere eine wesentliche Rolle. Diese kommt besonders gut beim Nahrungserwerb, der Nahrungsprüfung und z.b. dem Auffinden von Geschlechtspartnern zum Ausdruck. Während bei den Vertebraten, den Arthropoden und den Mollusken zur Wahrnehmung von Riechund Schmeckstoffen hoch entwickelte Sinneszellen meist in besonderen Organen vorkommen, ist bei den übrigen Evertebraten eine scharfe Trennung in Geruchs- und Geschmackssinn in der Regel nicht möglich. Im Rahmen dieses Praktikums sollen spezielle Geschmacksrezeptoren von Insekten und vom Menschen genauer untersucht werden. V1: Tarsaler Geschmackssinn und Rüsselreaktion von Insekten Bei den Insekten ist der Geschmackssinn hoch entwickelt. Die entsprechenden Rezeptoren kommen bei ihnen z.b. an den Mundgliedmaßen, den Fühlern und den Tarsen der Beine vor (s. Abb. 7-1). Die chemosensitiven Neurone befinden sich hierbei in speziellen Sensillen. Während Sensillen, die dem Geruchssinn (olfaktorischer Sinn) dienen, eine große Anzahl von Öffnungen aufweisen, die den Duftmolekülen den Zutritt zu den Nervenzellen ermöglichen, besitzen Geschmackssensillen (gustatorische Sensillen) lediglich einen distalen Porus. Die Stimulation der tarsalen Geschmacksrezeptoren von Lepidopteren, Hymenopteren und Fliegen mit einem adäquaten Reiz führt zu einem reflektorischen Vorstrecken des Labellums. Die im Praktikum untersuchten Fliegen wurden nach dem Schlupf mit Saccharose und Leitungswasser ernährt. Während die Fütterung einer Versuchsgruppe (A) kontinuierlich erfolgte, wurde einer zweiten Versuchsgruppe (B) das Futter, nicht aber das Wasser 36 Stunden vor dem Versuchstag entzogen. Versuchsdurchführung: Je 10 Fliegen der beiden Gruppen A und B werden zu Beginn des Versuches in Pipettenspitzen (1000 µl) überführt. Die Spitze dieser Pipetten ist zuvor jeweils soweit abgeschnitten worden, dass die Fliegen, Kopf und Vorderbeine herausstreckend, mit dem Thorax in der Öffnung fixiert werden. Am Zurückkriechen werden die Tiere durch nachgeschobene Wattestopfen gehindert. Die Pipettenspitzen werden anschließend auf Holzhalter gesteckt. Nun werden die Fliegen zur Gewöhnung für 15 min in Ruhe gelassen. Mittels Wattestäbchen werden danach die Tarsen eines Vorderbeines mit Wasser berührt. Wenn daraufhin von der Fliege der Rüssel vorgestreckt wird, so muss man das Tier solange saugen lassen, bis diese durstbedingte Rüsselreaktion unterbleibt. Nun soll die Rüsselreaktion in Kontakt mit verschiedenen Zuckern getestet werden. Hierfür stehen Verdünnungsreihen von Saccharose, Galactose, Fructose und Glucose zur Verfügung (0,001;; 0,01;; 0,05;; 0,1;; 0,5 und 1 mol/l), wobei jeweils aufsteigende Konzentrationen angeboten werden sollen und mit erfolgter Rüsselreaktion der Schwellenwert festzustellen ist (möglichst nicht an den Zuckertropfen saugen lassen). Jede Gruppe verwendet jeweils eine Fliegengruppe A oder B und jeweils 2 unterschiedliche Zuckerlösungen, entsprechend den Handouts auf den Laborbänken. (Methode nach T. Tully und J. Hirsch: Anim. Behav. 30, 1982, ) 1

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3 biol108/exbiol115 V2-4: Beobachtungen über den Geschmackssinn beim Menschen Die Geschmacksrezeptoren der Wirbeltiere sind sekundäre, in sogenannten Geschmacksknospen angeordnete Sinneszellen. Sie kommen bei den Fischen auf der ganzen Körperoberfläche, insbesondere aber auf den Lippen und Bartfäden bzw. in der Mundhöhle vor. Bei den landlebenden Wirbeltieren sind die Geschmacksknospen auf die Mundhöhle und ihre Organe beschränkt. Auf der Zunge der Säugetiere finden sich die Geschmacksknospen nicht einzeln, sondern in speziell ausgebildeten Papillen. Alle Wirbeltiergruppen sind in der Lage, die 5 Geschmacksqualitäten sauer, süß, salzig, umami und bitter zu unterscheiden, wobei die Empfindlichkeiten für eine bestimmte Geschmacksqualität bei ihnen sehr stark schwanken kann (vgl.: Makrosmaten Mikrosmaten). [Aus: BIOLOGIE; Springer Verlag 1976] Zum Vergleich: Bear et al, Neurowissenschaften, 3. Auflage, Spektrum,

4 V2: Lokalisation und Histologie der Geschmacksknospen der menschlichen Zunge Lokalisation der Geschmacksrezeptoren für die Wahrnehmung verschiedener Lösungen Der Geschmackssinn für folgende Lösungen wird bei diesem Teilversuch miteinander verglichen: 1%ige Kochsalzlösung 2%ige Rohrzuckerlösung 5%ige Weinsäure 0,002%ige Chininlösung 2%ige Glutamatlösung Speiseöl Die Versuchsperson erhält die Lösungen nacheinander, ohne zu wissen, um welche Geschmacksstoffe es sich jeweils handelt. Nach jeder Probe ist die Mundhöhle mit Leitungswasser zu spülen, nicht herunterschlucken oder mit H 2 O-getränkten Wattestäbchen zu benetzen/ reinigen. Es werden Wattestäbchen mit den oben genannten Lösungen getränkt (nicht zu nass). Hiermit werden dann nacheinander die Zungenspitze, der Zungengrund und die Zungenränder berührt. Jedes Wattestäbchen ist nur einmal zu benutzen. Es ist zu prüfen, ob die einzelnen Regionen der Zunge in verschiedener Weise geschmacksempfindlich sind. Skizzieren Sie die Ergebnisse im Ergebnisprotokoll. V3: Reizschwellen der Geschmackswahrnehmung beim Menschen In einem weiteren Versuch sollen die Reizschwellen von Kochsalz und Saccharose untereinander und im Vergleich zu destilliertem Wasser untersucht werden. Die Versuchsperson erhält in unregelmäßigem Wechsel verschieden konzentrierte Schmecklösungen (1;; 0,5;; 0,1;; 0,05;; 0,01;; 0,001 mol/l) und das dest. Wasser. Sie muss dabei stets in Unkenntnis bleiben, welche Lösung ihr gereicht wird. Der Konzentrationswert bei dem zu 50 % die richtige Entscheidung getroffen wurde, kann als Schwellenwert definiert werden. V4: Geschmacksprüfung verschiedener Zuckerlösungen Dieser Teilversuch wird als gute Ergänzung zu den Schmeckversuchen am Fliegenbein angesehen. Unterschiedliche Zucker besitzen auch für den Menschen verschiedene Süßequalitäten. Glucose, Galactose und Lactose z.b. schmecken in gleichen Konzentrationen annähernd gleich. Die Süßeempfindung für Fructose und Saccharose im Vergleich zu Glucose soll untersucht werden. Von den drei Zuckern, Saccharose, Glucose und Fructose werden fein gestufte molare Lösungsreihen verwandt (0,2;; 0,18;; 0,16;; 0,14;;... bis 0,02 mol/l). Der Geschmack verschiedener Glucose- bzw. Fructose-Lösungen wird jeweils verglichen mit dem Geschmack einer bestimmten Saccharoselösung (z.b. von 0,14 mol/l). Jede Gruppe erhält EINE Konzentration der Saccharose- Vergleichslösung, entsprechend dem Handout auf der Laborbank. Diejenige Fructose- bzw. Glucose-Konzentration, die geschmacksgleich zur Saccharose-Konzentration erscheint, wird notiert und grafisch dargestellt (Fructose- bzw. Glucose-Konzentration (Ordinate) gegen Saccharose- Konzentration auf der Abszisse). 4

5 Um Adaptationseffekte während des Versuches zu vermeiden, sollte regelmäßig mit Wasser gespült werden (- nicht herunterschlucken oder mit H 2 O-getränkten Wattestäbchen zu benetzen/ reinigen ). Doch nicht nur Zucker haben einen Einfluss auf unser Süßempfinden. In der heutigen Zeit werden besonders gerne sog. Süßstoffe oder Zuckeraustauschstoffe verwendet. Diese Stoffe habe eine viel höhere Süßkraft als natürliche Zucker, es handelt es sich dabei entweder um synthetische (bspw. Aspartam, Saccharin) oder natürliche Stoffe (Stevia). Bei Zuckerersatzstoffen handelt es sich meist um natürliche Zuckeralkohole (bspw. Xylit, Sorbit), welche eine ähnliche Süßkraft besitzen wie Zucker, aber dennoch weniger Kalorien haben und daher neben den Süßstoffen für diätische Lebensmittel geeignet sind. Daher sollen ergänzend zwei Süßstoffe (künstlich & natürlich) zum Vergleich geschmeckt werden. Saccharose- Vergleichslösung (...mol/l) Glucose Fructose Stevia Xylitol Cyclamat/Saccharin In aufsteigender Konzentration (0,2;; 0,18;; 0,16;; 0,14;;... bis 0,02 mol/l) LITERATUR HANKE/HAMDORF/HORN/SCHLIEPER: Praktikum der Zoophysiologie, Fischer-Verlag ECKERT: Tierphysiologie. Thieme Verlag 2002 HANSEN/HEUMANN: Die Feinstruktur der tarsalen Schmeckhaare der Fliege Phormia terraenovae Rob.-Desv. Z. Zellforsch. (1971), 117, PFLUMM: Zur Reizwirksamkeit von Monosacchariden bei der Fliege Phormia terraenovae. Z. vergl. Physiol. (1971), 74,

6 Ergebnis-Protokoll für Versuch V1: Tarsaler Geschmackssinn & Rüsselreaktion bei Insekten gesättigt hungrig Saccharose Fructose Glucose Galaktose Saccharose Fructose Glucose Galaktose 0,001 mol/l 0,01 mol/l 0,05 mol/l 0,1 mol/l 0,5mol/L 1 mol/l Markieren Sie, welche Gruppe von Fliegen Sie verwendet haben und welche Zuckerlösungen Sie getestet haben. Bestimmen Sie die Reizschwelle für die einzelnen Zucker: mind. 50 % der Tiere zeigen eine Rüsselreaktion bei der gleichen Konzentration Saccharose Rs (mol/l): Fructose Rs (mol/l): Glucose Rs (mol/l): Galaktose Rs (mol/l): Ø Welcher Zucker hat die höchste Süßkraft für Fliegen? Ø Warum? 6

7 V2: Lokalisation und Histologie der Geschmacksknospen der menschlichen Zunge Ø Skizzieren Sie Ihre persönliche Geschmackswahrnehmung auf der Zunge und vervollständigen Sie die Legende (Symbole oder Farben). süß salzig bitter sauer umami fettig Ø Gibt es Regionen für die Verteilung der spezifischen Geschmacksrezeptoren? Ø Warum ist es von entscheidender Bedeutung, dass Bitterstoffe erkannt werden? Ø Ist die Reizschwelle dieser Wahrnehmung dauerhaft oder ist sie veränderbar? 7

8 V3: Reizschwellen der Geschmackswahrnehmung beim Menschen [mol/l] 0,001 0,01 0,05 0,1 0,5 1 NaCl Saccharose Ø Bei welchen Konzentrationen empfinden Sie die jeweilige Lösung als süß oder salzig? NaCL Rs (mol/l): Saccharose Rs (mol/l): Ø Ist die Reizschwelle dieser Wahrnehmung dauerhaft oder ist sie veränderbar? Ø Warum? V4: Geschmacksprüfung verschiedener Zuckerlösungen [mol/l] 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 Glucose Saccharose Fructose Cyclamat Xylitol Stevia Markieren Sie in der Tabelle Zucker (rot) und Zuckerersatzstoffe (blau). Ø Welcher Zucker bzw. Zuckerersatzstoff hat für Sie persönlich die höchste Süßkraft? Ø Haben Zucker oder Zuckerersatzstoffe eine höhere Süßkraft? Ø Welcher Zucker hat die höchste Süßkraft, welcher die schwächste, erläutern Sie. Datum, Unterschrift des Dozenten 8