Das Geheimnis des Geschmackserlebens

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Die Zunge kennt mindestens fünf Geschmacksqualitäten: süß, sauer, bitter, salzig und umami. Durch die unterschiedliche Aktivität spezifischer Rezeptoren wird daraus ein Geschmackserlebnis erzeugt, auf das auch Konsistenz und Geruch Einfluss nehmen.

Wissenschaftliche Betreuung: Maik Behrens

Veröffentlicht: 27.11.2013

Das Wichtigste in Kürze
  • Auf unserer Zunge gibt es Rezeptoren für fünf Basisgeschmäcke: süß, sauer, salzig, bitter und umami. Neue Studien deuten jedoch darauf hin, dass es auch mindestens einen Rezeptor für Fettiges gibt.
  • Während es nur einen Rezeptor für die Empfindung “süß” gibt, erkennen circa 25 unterschiedliche Rezeptoren Bitterstoffe in der Nahrung.
  • Bei der Verarbeitung von Geschmacksqualitäten werden zwei Prinzipien diskutiert, die wahrscheinlich beide teilweise zutreffen. Bei der Labeled-Line-Verschaltung verarbeitet eine spezifische Sinneszelle genau eine Geschmacksqualität und leitet diese an eine spezifische Nervenfaser weiter. Die Across-fiber-Theorie besagt, dass die gustatorischen Neuronen Input verschiedenster Geschmacksqualitäten erhalten.
  • Neben der Geschmacksqualität nehmen auch noch weitere sensorische Informationen Einfluss auf das Geschmackserlebnis. Besonders der Geruch der Nahrung trägt zur Geschmackswahrnehmung bei, aber auch Konsistenz, Temperatur und Schärfe spielen eine entscheidende Rolle.

Rezeptor

Rezeptor/-/receptor

Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.

Rezeptor

Rezeptor/-/receptor

Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Mythos Zungenkarte

Entgegen dem bekannten Mythos sind die verschiedenen Geschmacksrezeptoren überall auf der Zunge verteilt – und nicht auf streng getrennte Areale beschränkt, wie ursprünglich angenommen. Schuld daran ist eine Fehlinterpretation von Versuchsdaten: Areale mit geringer Intensität für eine Geschmacksrichtung wurden von anderen Forschern als Areale ohne jegliche Wahrnehmung dieses Geschmacks interpretiert. So wurde in den 1940ern die so genannte Zungenkarte erschaffen, die fast jeder einmal gesehen hat, die aber ein Mythos ist. Dort ist die Zungenspitze als Süßregion verzeichnet und erst ganz hinten, am Racheneingang, findet sich das Bitterareal. Wer im Selbstversuch aber einmal Zucker fernab der Zungenspitze testet, stellt schnell fest, dass man “süß” eigentlich überall auf der Zunge schmecken kann. Trotzdem hält sich der Mythos weiter hartnäckig.

Wahrnehmung

Wahrnehmung/Perceptio/perception

Der Begriff beschreibt den komplexen Prozess der Informationsgewinnung und –verarbeitung von Reizen aus der Umwelt sowie von inneren Zuständen eines Lebewesens. Das Gehirn kombiniert die Informationen, die teils bewusst und teils unbewusst wahrgenommen werden, zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck. Wenn die Daten, die es von den Sinnesorganen erhält, hierfür nicht ausreichen, ergänzt es diese mit Erfahrungswerten. Dies kann zu Fehlinterpretationen führen und erklärt, warum wir optischen Täuschungen erliegen oder auf Zaubertricks hereinfallen.

Es ist schon erstaunlich, was der Mensch so alles schmecken kann. Vom sahnig-​würzigen Geschmack eines Thai-​Currys bis hin zur feinen Zimt-​Note von Großmutters Apfelstrudel: Der menschliche Geschmack identifiziert problemlos jede bekannte Leckerei. Das ist deshalb bemerkenswert, weil auf unterster Sinnesebene – in den Geschmackssinneszellen der Zunge – zunächst nur eine Hand voll Basisgeschmäcke erkannt werden kann: süß, sauer, salzig, bitter und umami – und nach neueren Indizien wohl auch noch fettig. Erst durch geschickte Verschaltung wird im Gehirn daraus der Gesamtgeschmack “Apfelstrudel” oder “Thai-​Curry”.

Entsprechend lange hat es gedauert, bis man dieser komplexen Sinneserfahrung auf den Grund gekommen ist. Erst in den 1990ern gelang der erste Durchbruch: Im Erbgut von Nagern entdeckten die beiden US-​Forscher Charles Zuker und Nicholas Ryba den Bauplan eines Proteins, hinter dem sie zu Recht einen Geschmacksrezeptor vermuteten. Es dauerte allerdings noch einige weitere Jahre, bis mit Hilfe der Arbeit zahlreicher Forschungsgruppen nachgewiesen werden konnte, dass es sich hierbei um eine von zwei Untereinheiten des Süßrezeptors handelt. Dessen Funktion konnte durch spezielle Mausexperimente entschlüsselt werden, wie Wolfgang Meyerhof, Genetiker am Deutschen Institut für Ernährungsforschung (Dife) bei Potsdam, erklärt: “Mäuse, bei denen die Gene für beide Untereinheiten ausgeschaltet worden sind, können nichts Süßes mehr schmecken – Glukose und Saccharose eingeschlossen. Denn alle Substanzen, die süß schmecken, aktivieren diesen Rezeptor.” Seine Untereinheiten gehören zu derselben Proteinfamilie, genannt TAS1R (früher T1R).

Geschmack

Geschmack/-/flavor

Der Sinneseindruck, den wir als „Geschmack“ bezeichnen, ergibt sich aus dem Zusammenspiel zwischen Geruchs– und Geschmackssinn. Sinnesphysiologisch ist „Geschmack“ jedoch auf den Eindruck begrenzt, den uns die Geschmacksrezeptoren auf der Zunge und in den umgebenden Schleimhäuten zuführen. Aktuell geht man davon aus, dass es fünf verschiedene Sorten von Geschmacksrezeptoren gibt, die auf die Geschmacksqualitäten süß, sauer, salzig, bitter und umami spezialisiert sind. 2005 haben Wissenschaftler zudem einen möglichen Geschmacksrezeptor für Fett identifiziert.

Gen

Gen/-/gene

Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.

Rezeptoren für jeden Geschmack

Andere Geschmacksrichtungen werden dagegen über andere Rezeptortypen wahrgenommen. Ihre Entschlüsselung folgte kurz nach der Entdeckung von TAS1R. Dabei stellte sich jedoch heraus, dass nicht jede Geschmacksrichtung ebenso nur einem einzelnen Rezeptortypen zugeordnet ist. So gibt es von TAS2R eine Vielzahl von Varianten, die auf verschiedene Bitterstoffe unterschiedlich stark ansprechen. Der Mensch besitzt circa 25 solcher Bitter-​Rezeptoren. Diese können entsprechend ihrer Aktivität in drei unterschiedliche Klassen eingeordnet werden: “Generalisten erkennen mehr als ein Viertel der angebotenen Bitterstoffe. Spezialisten werden dagegen nur von weniger als drei Prozent der Bitter-​Moleküle aktiviert. Und dann gibt es noch moderate Bitter-​Rezeptoren, die zwischen drei und zehn Prozent der Bitterstoffe erkennen können”, sagt Meyerhof. Diese hohe Spezialisierung ist lebenswichtig: Denn viele Giftstoffe schmecken bitter. Die zuverlässige und umgehende Wahrnehmung von Bitterstoffen verhindert so seit jeher viele Vergiftungen. (Wie sich der Geschmackssinn austricksen lässt: Geschmacksver(w)irrung)

Eine gänzlich andere Funktion wird einer neu entdeckten Art von Rezeptor zugeschrieben: GPR120. Auch Meyerhof und seine Kollegen forschen intensiv dazu. Das Interessante an ihm: Er wird durch langkettige Fettsäuren aktiviert. Zuvor war man davon ausgegangen, dass der fettige Geschmack vor allem durch die Konsistenz der Nahrung vermittelt wird. Nun spricht allerdings viel dafür, dass es eine gustatorische Komponente der Fettwahrnehmung gibt. Endgültig bestätigt ist diese Vermutung allerdings bisher noch nicht.

Wahrnehmung

Wahrnehmung/Perceptio/perception

Der Begriff beschreibt den komplexen Prozess der Informationsgewinnung und –verarbeitung von Reizen aus der Umwelt sowie von inneren Zuständen eines Lebewesens. Das Gehirn kombiniert die Informationen, die teils bewusst und teils unbewusst wahrgenommen werden, zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck. Wenn die Daten, die es von den Sinnesorganen erhält, hierfür nicht ausreichen, ergänzt es diese mit Erfahrungswerten. Dies kann zu Fehlinterpretationen führen und erklärt, warum wir optischen Täuschungen erliegen oder auf Zaubertricks hereinfallen.

Rezeptor

Rezeptor/-/receptor

Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.

Geschmack

Geschmack/-/flavor

Der Sinneseindruck, den wir als „Geschmack“ bezeichnen, ergibt sich aus dem Zusammenspiel zwischen Geruchs– und Geschmackssinn. Sinnesphysiologisch ist „Geschmack“ jedoch auf den Eindruck begrenzt, den uns die Geschmacksrezeptoren auf der Zunge und in den umgebenden Schleimhäuten zuführen. Aktuell geht man davon aus, dass es fünf verschiedene Sorten von Geschmacksrezeptoren gibt, die auf die Geschmacksqualitäten süß, sauer, salzig, bitter und umami spezialisiert sind. 2005 haben Wissenschaftler zudem einen möglichen Geschmacksrezeptor für Fett identifiziert.

Komplexe Verschaltungssysteme

Alle Rezeptoren – ob TAS1R oder TAS2R – befinden sich auf unterschiedlichen Populationen von Geschmackszellen. Diese Populationen sind damit spezifisch für beispielsweise Bitter– oder Süßstoffe. Eine ähnliche Spezifität gibt es bei den anhängenden Nervenfasern. Denn Geschmackszellen sind so genannte sekundäre Sinneszellen – das heißt, sie bilden keine eigenen Nervenfasern aus. Stattdessen werden sie von afferenten sensorischen Nerven innerviert, die die chemische Aktivität der Sinneszellen in elektrische Nervensignale umwandeln.

Wann und wie die Verschaltung der spezifischen Qualitäten danach aber genau vonstattengeht, darüber herrscht derzeit noch viel Diskussion. Zur Debatte stehen zwei Verarbeitungsprinzipien: Labeled Line und Across-​Fiber. Eine Labeled-​line-​Verschaltung bedeutet, dass eine spezifische Sinneszelle genau eine Geschmacksqualität verarbeitet und diese wiederum an eine spezifische Nervenfaser weiterleitet. Diese Spezifität weisen auch die zentralen, Geschmacksinformation verarbeitenden oder repräsentierenden Nervenzellen auf. Die Across-​fiber-​Theorie besagt dagegen, dass die gustatorischen Neuronen Input verschiedenster Geschmacksqualitäten erhalten. “Letztlich konnte bisher noch keine der Theorien bestätigt werden, denn es gibt experimentelle Evidenzen für beide”, sagt Meyerhof. Demnach scheint es zwar spezialisierte Sinneszellen zu geben – aber viele gustatorische Nervenzellen werden durch Stimuli mehrerer Geschmacksqualitäten erregt.

Rezeptor

Rezeptor/-/receptor

Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.

Afferenz

Afferenz/-/afferent nerve fiber

Als Afferenz werden zuführende Nervenfasern bezeichnet. Afferente Nervenfasern übermitteln sensorische Information aus der Peripherie – zum Beispiel Reize der Haut – zum zentralen Nervensystem. Das Gegenteil ist Efferenz.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Von der Zunge bis zum Hirnstamm

Die Fasern entstammen gleich drei der zwölf Hirnnerven: dem siebten, neunten und dem zehnten. Ihre Geschmacksfasern ziehen hinauf bis zum Hirnstamm und enden dort im Nucleus tractus solitarii Dort angekommen, wird ein Teil der Signale direkt vor Ort weiterverarbeitet. Im Hirnstamm werden nämlich Grundfunktionen wie Speichelfluss, Schluckbewegungen und der Würgereiz kontrolliert. Schmeckt etwas beispielsweise sehr bitter – und ist damit potenziell gefährlich – kann hier das Ausspucken eingeleitet werden.

Der Großteil der Geschmacksinformationen wird aber über den Thalamus zum gustatorischen Cortex, der Geschmacksrinde, weitergeleitet. Oft heißt es, dieser Gehirnbereich sei ähnlich dem Sehcortex in Areale unterschiedlicher Qualitäten aufgeteilt. Die räumliche Repräsentation der Geschmacksqualitäten scheint hier jedoch zu überlappen, wenn auch das genaue Ausmaß nicht bekannt ist. Meyerhof erklärt: “Während bildgebende und optogenetische Verfahren die Existenz räumlicher Karten unterstützen, zeigen elektrophysiologische Arbeiten hingegen mehrheitlich, dass Neuronen im gustatorischen Cortex auf mehr als nur eine Geschmacksqualität reagieren. Das ist aber mit einer räumlich getrennten Verarbeitung der Grundgeschmacksarten kaum vereinbar.”

Hirnnerv

Hirnnerv/-/cranial nerve

Eine Gruppe von 12 paarigen Nerven, die direkt am Gehirn entspringen, meist am Hirnstamm. Sie werden mit römischen Ziffern (I – XII) nummeriert. Der erste und der zweite Hirnnerv (Riech– und Sehnerv) sind im eigentlichen Sinn keine Nerven sondern Teile des Gehirns.

Hirnstamm

Hirnstamm/Truncus cerebri/brainstem

Der „Stamm“ des Gehirns, an dem alle anderen Gehirnstrukturen sozusagen „aufgehängt“ sind. Er umfasst – von unten nach oben – die Medulla oblongata, die Pons und das Mesencephalon. Nach unten geht er in das Rückenmark über.

Nucleus

Nucleus/Nucleus/nucleus

Nucleus, Plural Nuclei, bezeichnet zweierlei: Zum einen den Kern einer Zelle, den Zellkern. Zum zweiten eine Ansammlung von Zellkörpern im Gehirn.

Nucleus tractus solitarii

Nucleus tractus solitarii/Nucleus tractus solitarii/solitary nucleus

Ein Kern in der Medulla oblongata, der meist im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Geschmacksreizen genannt wird – daher die deutsche Bezeichnung „Geschmackskern“. Als solcher ist er über den Thalamus mit der Amygdala verschaltet. Doch auch die Motorik des Schluckens, Hustens und Atemanhaltens gehören zu seinen Aufgaben. Husten und Atemanhalten kann man hier als Schutzfunktion bei der Nahrungsaufnahme betrachten – wenn das Mahl verdorben ist.

Thalamus dorsalis

Thalamus dorsalis/Thalamus dorsalis/thalamus

Der Thalamus ist die größte Struktur des Zwischenhirns und ist oberhalb des Hypothalamus gelegen. Der Thalamus gilt als „Tor zum Bewusstsein“, da seine Kerne Durchgangstation für sämtliche Information an den Cortex (Großhirnrinde) sind. Gleichzeitig erhalten sie auch viele kortikale Eingänge. Die Kerne des Thalamus werden zu Gruppen zusammengefasst.

Neuron

Neuron/-/neuron

Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.

Gustatorischer Cortex

Gustatorischer Cortex/-/gustatory cortex

Hier bearbeitet das Gehirn Informationen, die von den Geschmacksrezeptoren ausgehen. Werden letztere stimuliert, so geben die Sinneszellen in den Geschmacksknospen über verschiedene Zwischenstationen ein Signal an den Thalamus. Der Thalamus leitet dieses Signal wiederum an den Insellappen weiter. Hier liegt der primäre gustatorische Cortex, der die Informationen der Geschmacksbahnen mit weiteren Sinneseindrücken kombiniert. Das kombinierte Datenpaket gibt der primäre gustatorische Cortex anschließend an sein sekundäres Pendant weiter. Dieses befindet sich im orbifrontalen Cortex, wo auch die Endverarbeitung der Geruchsinformationen stattfindet.

Weitreichende Überschneidungen

Große Überschneidungen dürfte es allerdings auch noch mit anderen sensorischen Qualitäten geben. Denn der Geschmack von Nahrungsmitteln wird nicht allein über Geschmacksrezeptoren vermittelt – sondern ebenso über Geruchs-​, Schmerz– und Mechanorezeptoren. Geruch, Schärfe und Konsistenz haben einen großen Einfluss auf das Geschmackserlebnis. Forscher gehen davon aus, dass bis zu 80 Prozent tatsächlich über den Geruch vermittelt wird. Wenig verwunderlich also, dass uns bei einer starken Erkältung kaum noch etwas “schmeckt” – uns fehlt ganz einfach der Geruchsanteil unserer Lieblingsspeisen. Neurogastronomie – eine neue Wissenschaft vom Geschmack

Doch auch die Temperatur spielt beim Geschmack eine große Rolle. Kälte und Hitze nehmen gleich auf dreierlei Weise Einfluss: Sie verändern die Konsistenz, die Stärke des Geruchsaromas und die Empfindlichkeit für bestimmte Geschmacksqualitäten. Bei 10 Grad Celsius schmecken wir Bitterstoffe beispielsweise besonders gut, bei 35 bis 50 Grad Celsius dagegen besser Süßes.

Geschmack

Geschmack/-/flavor

Der Sinneseindruck, den wir als „Geschmack“ bezeichnen, ergibt sich aus dem Zusammenspiel zwischen Geruchs– und Geschmackssinn. Sinnesphysiologisch ist „Geschmack“ jedoch auf den Eindruck begrenzt, den uns die Geschmacksrezeptoren auf der Zunge und in den umgebenden Schleimhäuten zuführen. Aktuell geht man davon aus, dass es fünf verschiedene Sorten von Geschmacksrezeptoren gibt, die auf die Geschmacksqualitäten süß, sauer, salzig, bitter und umami spezialisiert sind. 2005 haben Wissenschaftler zudem einen möglichen Geschmacksrezeptor für Fett identifiziert.

zum Weiterlesen:

  • Chemosensory Systems in Mammals, Fishes and Insects, hg. von Wolfgang Meyerhof und Sigrun Korsching, Berlin 2009.
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One comment

Gast 02.07.2017
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