Die Mathematik Des Geruchs Enträtseln

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-07-27 17:19

Wissenschaftler haben eine „Karte“von Geruchsmolekülen erstellt, mit der letztendlich neue Duftkombinationen vorhergesagt werden können.

Die menschliche Nase findet es einfach, das Aroma von frischem Kaffee vom Gestank fauler Eier zu unterscheiden, aber die zugrunde liegende Biochemie ist kompliziert. Die Forscher haben nun eine olfaktorische „Karte“erstellt - ein geometrisches Modell, wie Moleküle sich verbinden, um verschiedene Düfte zu erzeugen. Diese Karte könnte eine Möglichkeit bieten, vorherzusagen, wie Menschen bestimmte Geruchskombinationen wahrnehmen und die Entwicklung neuer Düfte vorantreiben, sagen Wissenschaftler.

Forscher haben jahrelang versucht, die aufwändige Landschaft der Geruchsmoleküle zu zähmen. Neurowissenschaftler wollen besser verstehen, wie wir Gerüche verarbeiten. Parfüm- und Lebensmittelhersteller wollen bessere Möglichkeiten, um bekannte Aromen für ihre Produkte zu synthetisieren. Der neue Ansatz könnte beide Lager ansprechen.

Eine frühere Strategie zur Kartierung des olfaktorischen Systems besteht darin, Geruchsmoleküle mit ähnlichen Molekülstrukturen zu gruppieren und diese Ähnlichkeiten zu verwenden, um die Gerüche neuartiger Kombinationen vorherzusagen. Aber diese Straße führt oft zu einer Sackgasse. "Es ist nicht notwendig, dass Chemikalien mit denselben chemischen Strukturen ähnlich wahrgenommen werden", sagt Tatyana Sharpee, Neurobiologin am Salk-Institut für biologische Studien in La Jolla, Kalifornien, und Hauptautorin der Studie, die im August in Science erschien Fortschritte.

Sharpee und ihre Kollegen analysierten Geruchsmoleküle, die in vier bekannten und unverwechselbaren Düften gefunden wurden: Erdbeeren, Tomaten, Blaubeeren und Mausurin. Die Forscher berechneten, wie oft und in welchen Konzentrationen bestimmte Moleküle in diesen Düften zusammen auftauchten. Sie erstellten dann ein mathematisches Modell, in dem Moleküle, die häufig zusammen auftraten, im Raum näher dargestellt wurden und Moleküle, die dies selten taten, weiter voneinander entfernt waren. Das Ergebnis war eine „sattelförmige“Oberfläche, ein Kennzeichen eines Feldes namens hyperbolische Geometrie, das andere Regeln befolgt als die Geometrie, die die meisten Menschen in der Schule lernen.

Die Forscher stellen sich einen Algorithmus vor, der auf diesem hyperbolischen Geometriemodell trainiert ist und die Gerüche neuer Geruchskombinationen vorhersagen oder sogar bei deren Synthese helfen kann. Einer von Sharpees Mitarbeitern, der Verhaltensneurowissenschaftler Brian Smith von der Arizona State University, möchte mit dieser Methode olfaktorische Umgebungen an Orten ohne natürliche Gerüche schaffen.

Ein solches Tool wäre für Wissenschaftler und Geruchshersteller gleichermaßen nützlich, sagt der olfaktorische Neurowissenschaftler Joel Mainland vom Monell Chemical Senses Center in Philadelphia, der nicht an der Studie beteiligt war. Das ultimative Ziel ist es, genug darüber zu wissen, wie Gerüche funktionieren, um natürliche Gerüche ohne die natürlichen Quellen zu reproduzieren. Mainland sagt: „Wir möchten einen Erdbeergeschmack identifizieren, ohne uns Gedanken über die Replikation der Zutaten einer Erdbeere machen zu müssen.“