Feuchte Luft steigert Geruchswahrnehmung bei Einsiedlerkrebsen

Das Riechvermögen der Krebse befindet sich in einem frühen Übergangsstadium zwischen dem Leben im Wasser und auf dem Land

Max-Planck-Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Geruchsvermögen von Einsiedlerkrebsen im Vergleich zu Fruchtfliegen unterentwickelt ist. Während Fruchtfliegen über einen umfassenden Geruchssinn verfügen, mit dem sie verschiedenste Moleküle in der Luft aufspüren können, erkennen Einsiedlerkrebse nur wenige Duftstoffarten, wie beispielsweise den Geruch von organischen Säuren, Aminen, Aldehyden oder auch Seewasser. Das in ihren Antennen durch diese Düfte erzeugte elektrische Signal und die dazugehörige Verhaltensreaktion fällt deutlich stärker aus, wenn sich die Geruchsstoffe in feuchter Luft befinden − im Gegensatz zur Fruchtfliege, bei der keinerlei Unterschiede zwischen trockener und feuchter Luft festgestellt wurden. Die Molekularbiologie der Geruchswahrnehmung von Krebsen und Fliegen erlaubt Einblicke in die Evolution des Riechens nach dem Übergang des Lebens vom Wasser zum Land.

Krebse und Fliegen gehören zu den Gliederfüßern (Arthropoden), die wie viele andere Lebensformen in Urzeiten einen Übergang vom Wasser- zum Landleben vollzogen haben. Die Vorfahren der Familie der Landeinsiedlerkrebse (Coenobitidae) haben diesen Schritt wahrscheinlich vor etwa 20 Millionen Jahren vollzogen, und die heutigen Einsiedlerkrebse leben bis auf das Larvenstadium vollständig auf dem Land. Geruchssignale dienen den Krebsen beispielsweise der gezielten Nahrungssuche. Um Gerüche nicht mehr nur im Wasser, sondern auch an Land wahrnehmen zu können, mussten sich die Sinnesorgane der Gliederfüßer an die neue, trockene Umgebung anpassen. Wie ist die Evolution der Sinneswahrnehmung beim Übergang vom Wasser auf das Land verlaufen?

„Der Einsiedlerkrebs der Art Coenobita clypeatus stellt für die Beantwortung dieser Frage ein geeignetes Versuchsobjekt dar“, so Bill Hansson, Direktor der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Die Tiere leben in feuchten Regionen am Meer und suchen regelmäßig Wasserquellen auf. Die Weibchen legen Larven im Meer ab, wo sie zu kleinen Krebsen heranwachsen. Sodann kriechen sie in leere Schneckenhäuser und leben an Land. Ihre Nahrung besteht aus Früchten und Pflanzen. Diese Lebensweise ließ vermuten, dass sich der Geruchssinn der Krebse noch in einem Anfangsstadium befindet.

In einer Reihe von Experimenten testete Anna Sara Krång in einem EU geförderten „Marie-Curie-Projekt“ 140 Geruchssubstanzen unterschiedlichster chemischer Natur, darunter Säuren, Aldehyde, Amine, Alkohole, Ester, Aromaten und Ether. Gemessen wurde die Erregung in den Nervenbahnen der Antennen der Krebse durch einzelne Substanzen. Die dabei erhaltenen „Elektroantennogramme“ zeichnen winzige Spannungsänderungen an der Zellmembran im Mikrovolt-Bereich auf. In anschließenden Verhaltensexperimenten stellte die Forscherin fest, dass die Tiere bei höherer Luftfeuchte deutlicher und schneller auf die Geruchssignale reagierten. Dies  hängt offenbar von der elektrischen Erregbarkeit der Antennen ab: So reagieren die Nervenbahnen drei- bis zehnfach stärker, wenn die Geruchsstoffe bei hoher Luftfeuchte auf die Antennen treffen. Fruchtfliegenantennen dagegen antworten gleichmäßig und unabhängig vom Grad der Luftfeuchte.

Die Auswertung der Versuche ergab, dass die Einsiedlerkrebse vornehmlich wasserlösliche, polare Duftstoffe wie Säuren, Aldehyde und Amine, wahrnehmen, denn besonders deren Wirkung kann in feuchter Luft verstärkt werden. Dies lässt vermuten, dass die Krebse über so genannte ionotrope Rezeptoren in ihren Antennen verfügen. Solche Rezeptoren wurden in anderen Krebsarten wie beispielsweise Wasserflöhen (Daphnia pulex) oder Hummern (Homarus americanus) nachgewiesen. Dagegen gibt es im Wasserfloh-Genom keine Gene für die so genannten olfaktorischen Rezeptoren, die in Insekten wie beispielsweise Fruchtfliegen für deren umfangreiches und vor allem empfindliches Geruchssystem verantwortlich sind. Obwohl noch nicht erforscht ist, welche Rezeptor-Gene Einsiedlerkrebse in ihrem Erbgut besitzen, vermuten die Wissenschaftler, dass das Riechen der Krebse nur durch die ursprünglichen, evolutionsbiologisch älteren ionotropen Rezeptoren vermittelt wird.

Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Vorfahren unserer heutigen Insektenarten den Übertritt vom Meer auf die Kontinente schon in sehr frühen Erdzeitaltern vollzogen haben und deren Geruchssinn inzwischen sehr gut an das Landleben angepasst ist. Landlebende Krebse hingegen können zwar dank einer Art molekularer „Basisausstattung“ ihren Geruchssinn an Land einsetzen, dieser ist jedoch, verglichen mit Insekten, noch unterentwickelt. Deswegen halten sich Einsiedlerkrebse wohl stets in Küstennähe auf: Nicht nur, um einen kurzen Weg zum Meer zurück zu haben, wo sie sich fortpflanzen, sondern vielleicht auch, weil sie sich in der trockenen Luft des Landesinneren nicht mit ihrem beschränkten Geruchssinn ausreichend orientieren können.

JWK/AO/HR