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Das olfaktorische Cocktailpartyproblem

Wie gelingt es Bienen, eine ganz bestimmte Duftquelle innerhalb einer Blumenwiese voller Düfte zu orten? Zur Erforschung der Duftunterscheidung von Insekten fördert das Human Frontier Science Program (HFSP) ein internationales Forschungsteam um den Konstanzer Biologen Dr. Paul Szyszka mit einem Program Grant in Höhe von 1,35 Millionen Dollar.

 

„Wir wollen herausfinden, wie Insekten das ‚olfaktorische Cocktailpartyproblem‘ lösen“, erläutert Paul Szyszka. „Wir kennen das Phänomen vom selektiven Gehör des Menschen: Wenn wir aus einer Gruppe vieler Menschen, die alle gleichzeitig reden, einzelne Gesprächsstimmen heraushören wollen, klappt das erstaunlich gut“, schildert der Konstanzer Biologe und fährt fort: „Der Geruchssinn von Bienen hat ein ähnliches Problem zu meistern. Bienen nutzen ihren Geruchssinn, um Duftquellen zu orten. Sie riechen jedoch nicht nur den einen Duft, sondern müssen ihn aus einem Sammelsurium vieler verschiedener Hintergrunddüfte herausriechen.“

 

Das Gehirn der Bienen muss die Hintergrunddüfte ausblenden, um den speziellen Zielduft orten zu können. Wie ihr Gehirn genau dies leistet, will das gemeinsame Forschungsprojekt der Universität Konstanz, der Arizona State University (USA), der University of Sussex (Großbritannien) und der University of Tokyo (Japan) herausfinden. „Unsere Arbeitshypothese ist, dass der Vorgang des Riechens sehr viel schneller abläuft, als bisher gedacht wurde. Wir vermuten, dass Insekten zeitliche Informationen aus Duftreizen nutzen können, um herauszufinden, welche Düfte zu welcher Duftquelle gehören“, schildert Szyszka. In Vorarbeiten fand Paul Szyszka bereits heraus, dass das Geruchssystem von Bienen auf wenige Millisekunden genau bestimmen kann, wann ihn ein Duft erreicht hat. Diese hohe zeitliche Präzision bei der Verarbeitung verschiedener Gerüche, so Szyszka, könnte zur zielgerichteten Ortung von Duftquellen eingesetzt werden. Der Biologe will nun im Rahmen des Forschungsprojektes herausfinden, wie Zieldüfte und Hintergrunddüfte im Gehirn von Insekten repräsentiert werden.

 

Eines der Ziele des Forschungsprojektes wird sein, in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of Tokyo flugfähige Roboter zu entwickeln, die nach der Methode der Bienen Düfte erkennen und orten können. „Wir wollen eine künstliche Insektennase bauen“, verdeutlicht Szyszka. „Duftroboter sind zwar nicht neu, sie wurden international bereits vielfach gebaut. Es ist jedoch bislang noch niemandem gelungen, einen Duftroboter zu bauen, der in einer natürlichen Duftumgebung Zieldüfte aufspüren kann. Mit der Ortungstechnik der Bienen wollen wir den künstlichen Roboternasen auf die Sprünge helfen“, resümiert Paul Szyszka. Universität Konstanz