Livet hänger på näsan

Faror. Mat. Rätt väg. Kompisar och fiender. Sex. Det är några livsviktiga saker man kan pejla med ”näsan”, vare sig man är bananfluga eller elefant. Eller människa.

Vi människor och våra kusiner bland primaterna brukar kallas för syndjur men är lika mycket beroende av luktsinnet, det evolutionärt sett äldsta av våra sinnen.

När ett luktämne kommer in i näsan eller antennerna fångas dess olika kemiska beståndsdelar upp av luktreceptorer, mottagarmolekyler, som sitter på ytan av nervceller. Signaler skickas till luktbulberna som tolkar informationen och sänder den vidare till högre hjärncentra.

• Människan har 388 olika receptorer var och en specialiserad på ett visst antal doftmolekyler.
• Bananflugan har 62 olika receptorer.
• Råttan har 1 259.

Är alltså råttans luktsinne drygt tre gånger vassare än vårt och tjugo gånger bättre än bananflugans?

Vi vänder oss till Matthias Laska, zoologiprofessor som i många år experimenterat med djurs förmåga att använda sina luktsinnen. Så enkelt  är det inte, säger han.

– Ju fler studier vi gör, desto klarare blir det att det är kopplingen mellan luktsinnet och beteendet som är det viktiga. Evolutionen formar organismerna till att så bra som möjligt anpassas till omgivningen, säger han.

Han får medhåll av utvecklingsbiologen Mattias Alenius, som i en annan del av Linköpings universitet använder bananflugor för att studera luktsinnet på nervcellsnivån.

– Bananflugan har specialiserat sig på en föda med ett fåtal frukter och behöver därför inte samma bredd på luktsinnet som en allätare.
Allt det vi kallar för lukter, dofter eller kanske stanker, är blandningar av olika kemikalier.

• Fruktdofter är mixar av olika estrar.
• Köttlukt domineras av fettsyror.
• Fisklukt kommer främst av aldehyder.

Komplexiteten gör att specialisterna har kunnat finkalibrera sina luktsystem efter behov. Spindelapan som lever i Sydamerikas regnskogar har en fäbless för fikon och kan sniffa sig till mycket små skillnader i mognad, som inte syns utanpå. Poängen är att kunna välja de frukter som innehåller maximal andel socker.

– Nervcellsystemens uppgift är att se till att individen fungerar optimalt i sin miljö. Nervceller är som sprinterlöpare, de bränner ut sig snabbt, särskilt i näsan där de utsätts för många luktstimuli som dessutom kan vara toxiska. Hos oss människor byts alla nervceller i näsan ut var tredje månad. Det medger en mikroevolution i näsan, där våra förmågor ändras över tid, säger Mattias Alenius (på bilden tillsammans med postdoktor Anujaianthi Kuzhandaivel).

Han vill komma åt den basala mekanismen bakom luktsinnet. Hur nervceller i hjärnan delas upp i olika populationer kopplade till varsin luktreceptor, och hur de ”vet” att de alltid ska skicka sina utskott, axoner, till samma punkt i hjärnans luktbulber.

Bananflugan visade sig vara det perfekta modelldjuret:

• Bananflugans centrala nervsystem innehåller 100 000 nervceller.
• Människan har 100 miljarder.

– Flugans luktsystem är hanterligt. Det rör sig om 1 200 nervceller jämfört med sex miljoner hos människan. Vi har kunnat göra en komplett karta över hur signalvägarna går, säger Mattias Alenius.

OK, lätt att arbeta med, men går det verkligen att dra paralleller till människan?

– Vi försöker jobba med grundprinciperna, som hur nervcellspopulationerna bildas, och det är kunskaper som behövs för att i framtiden kunna odla fram mänskliga nervceller från stamceller.

Ett färskt forskningsgenombrott för gruppen kring Alenius är upptäckten av sju regulatorer, gener som delar upp nervcellerna i olika populationer. Dessa blir kvar hela flugans liv och används i olika kombinationer.

Gruppen arbetar med olika tekniker för att se vad som händer när gener slås på eller tystas:

• färgämnet GFP (nobelpris 2008), vilket gör att flugor som uttrycker en viss luktreceptor blir gröna när de belyses med fluorescerande ljus.
• RNA-interferens där man tystar gener via cellens virusförsvar (nobelpris 2006).

– Vi har en mycket bra verktygslåda till vårt förfogande. Flugforskarsamhället är väldigt öppet – vi har själva skickat flugor till säkert hundra labb runt om i världen.

Matthias Laska och hans medarbetare får själva ta sig till sina djur, ofta till Kolmårdens djurpark där de gjort försök med bland annat asiatiska elefanter och sjöbjörnar (en sälart). Fruktfladdermöss och spindelapor har han arbetat med hos kolleger i Mexiko. Ett mer lättsamt projekt var att testa luktsinnet hos bin.

Oavsett om det handlar om elefanter eller bin är principen densamma: djuren ska lära sig att svara på en viss doft med en viss handling. Motivationen är den belöning som kommer när de gör rätt.

Infångade bin utsätts för en doft som förknippas med en droppe nektar som belöning. Sedan släpps de in i ett rum med 48 flaskor som var och en innehåller olika blomdofter, varav en är densamma som i träningsomgången. Flaskhalsarna är täckta med nät som hindrar biet från att flyga in – i stället får det hovra vid mynningarna och försöka lukta sig fram bland flaskorna. När det träffar rätt trillar belöningen, en droppe nektar, ned framför nosen.

– De får tre försök. Efter det tar de mycket sällan miste, säger Matthias Laska.

Försöken pekar på ett mycket känsligt luktsinne – trots en måttlig uppsättning av olika receptorer i antennerna, 160 stycken. Återigen handlar det om en reflektion av beteendet:

Vid fyra veckors ålder flyger ett arbetsbi ut ur kupan för att börja samla nektar och pollen. Det kommer till en äng med många olika blommande växter. Hur ska det välja? Tricket som utmejlats under årmiljoner av evolution är att den första blomma som slumpmässigt väljs, är den som detta bi alltid återvänder till – även om det finns många alternativ. Doften av den blomman etsas in i minnet och redan vid sin andra flygtur söker sig biet till samma blomma. Mönstret upprepas ständigt under tre veckor. Resten av livet stannar biet i kupan, som väktare eller barnskötare.

Åke Hjelm
2012-01-30

Källa till luktreceptorernas antal: Nei, Niimura och Nozawa: The evolution of animal chemisensory receptor gene repertoires: roles of chance and necessity.
Elefanthonan Bua deltar i försöken som leds av Matthias Laska och masterstudenten Alisa Rizvanovic. Foto: Vibeke Mathiesen. Bilder från bananflugelabbet: Göran Billeson. Näsan högst upp tillhör Hanieh Khoshjabinzadeh.