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Die meisten Pflanzen sind keineswegs stumm, sie verwenden nur eine ungewohnte Sprache: die Chemie. Sie reagieren auf Reize, z.B. Verletzungen, durch das Aussenden von Duftstoffen.
Viele Insekten verstehen diese Sprache und können die betreffenden Duftstoffe in extrem niedrigen Konzentrationen "erschnuppern".
Nutzt man diese Fähigkeit der Insekten für die Konstruktion eines Biosensors, so kann prinzipiell jede flüchtige Verbindung nachgewiesen werden, die von einer der etwa 1.000.000 Insektenarten wahrgenommen wird.
Eine solche Anleihe bei der Natur birgt den Vorteil technisch unerreichter Empfindlichkeit und Nachweissicherheit, die während der jahrmillionen dauernden Evolution entwickelt wurde.
Doch wie funktioniert ein solcher Biosensor?
Schauen wir uns dazu den Fühler eines Kartoffelkäfers einmal genauer an: Die Dufterkennung findet in feinen Härchen am Käferfühler statt, den sogenannten Sensillen.
In jedem dieser Härchen befinden sich einige wenige Nervenzellen.
Diese stehen über Poren in der schützenden Chitinschicht mit der Au§enwelt in Kontakt.
Treffen nun Duftstoffmoleküle auf den Fühler, gelangen sie ins Innere, wo sie an spezielle Bindungspartner, sog. Rezeptoren, anbinden. Jeder Duftstoff hat seinen eigenen Rezeptor.
Das Paket aus Duftstoff und Rezeptor kann dann an sogenannte Ionenkanäle andocken und sie öffnen.
Durch die geöffneten Ionenkanäle strömen Ionen, z.B. Natrium oder Kalium, und bauen mit Hilfe ihrer Ladung ein elektrisches Potential auf, das hier durch Plus und Minus symbolisiert ist.
Je mehr Duftstoff an den Fühler gelangt, desto grö§er wird auch das Potential.
Und wie kann man diese Potentiale nun messen? Dazu verwendet man ein aus der Festkörperphysik bekanntes Bauteil, den Feldeffekttransistor.
Stellt man eine leitende Verbindung zwischen Fühler und Transistor her, so können die elektrischen Potentiale im Fühler auf den Transistor übertragen werden. Die Signale der Käferantenne werden so in einen Strom umgewandelt, der von einer elektronischen Schaltung verstärkt und gemessen wird.
Und wieder gilt: Je mehr Duftstoff in der Luft war, desto grö§er ist der im Transistor gemessene Strom.
Auf einem Computerbildschirm kann man diesen Strom dann sichtbar machen und erhält e nach Konzentration des Duftstoffes unterschiedlich hohe Signale.
Ein Blick in die Zukunft: Die Forscher beabsichtigen, die Rezeptormoleküle mit Hilfe der Gentechnik aus der Insektenantenne zu isolieren und mitsamt einer künstlichen Zellmembran direkt auf den Transistor oder ein anderes elektronisches Bauteil zu plazieren. Dann käme man ganz ohne den Käfer und seine Antenne aus. Allein die molekulare Funktion seines Geruchszentrums wäre in einem solchen Sensor nachgebaut.
So hätte man von der Natur gelernt, wie sich Pflanzendüfte in winzigen Konzentrationen nachweisen lassen und könnte damit Pflanzenschäden in einem frühen Stadium nachweisen.