Luktesansen din ligner på insektenes
Forskere finner bemerkelsesverdige likheter i luktebanene hos så ulike skapninger som mennesker og insekter.
Luktesansen er den eldste sansen vår. Derfor finner vi ut mye om luktesansen ved å studere arter som er helt ulike oss i dag. Trekk ved luktesansen har nemlig holdt seg stabile gjennom evolusjonen.
Professor Bente Gunnveig Berg og hennes kolleger nøster opp i noen av de ubesvarte spørsmålene rundt hvordan hjernen behandler luktinformasjon.
Det gjør de i Kjemosensorisk laboratorium ved Institutt for psykologi ved NTNU.
– Ved bruker en nattsvermerhjerne som modellobjekt, og kan dermed foreta eksperimenter der vi beskriver anatomi og fysiologi på enkeltcelle-nivå, forklarer Berg.
– Forgreningsmønstrene og kodingsmekanismene vi avdekker i den lille modellhjernen, ser ut til å være relevant ikke bare for insekter, men også for pattedyr. Det inkluderer mennesker.
Vi mennesker mangler ofte språklige begreper for luktopplevelsen. Isteden klassifiserer vi gjerne lukter som behagelige eller ubehagelige.
I en ny publikasjon i eLife beskriver forskere ved NTNU hvordan duftsignaler som enten tiltrekker eller frastøter blir tolket i ulike områder av hjernen.
Forskerne undersøkte nattsvermeren pestfagerfly. Foto: NTNU
Luktesansen den eldste sansen
– Vi finner slående likheter i luktesystemets struktur og funksjon på tvers av ulike organismer, påpeker forsker Xi Chu ved Institutt for psykologi, NTNU. Han er seniorforfatter på den nye publikasjonen.
Dette henger sannsynligvis sammen med at luktesansen er det evolusjonært eldste av alle sansesystemer.
Hos mennesket ser vi dette ved at luktinformasjon i vesentlig grad behandles i utviklingsmessig gamle hjerneområder. Disse omfatter for eksempel hippocampus og amygdala som er involvert i etablering av hukommelse og prosessering av følelser.
Luktesansen. Illustrasjonen viser hvordan luktsignaler behandles i mennesker og nattsvermere. (Trykk på bildet for større versjon.) Illustrasjon: NTNU
– Det er verdt å merke seg at det primære luktsenteret i pattedyrhjernen er plassert kun én synapse fra den ytre verden, sier doktor Chu.
Det betyr at informasjonen går direkte inn i det primære luktekorteks. Dette i motsetning til alle andre sansesignaler, som tar turen innom en annen hjernestruktur før de blir fordelt til sine respektive kortikale områder.
Slående likheter
– Vi har studert andreordens luktenevroner hos nattsvermerhannen, sier Chu.
Disse fører signaler fra det primære luktsenteret til andre områder av hjernen der signalene tolkes videre for å gi de rette reaksjonene.
– De er merkverdig like tilsvarende nevroner, kalt mitralceller, hos mennesker og andrepattedyr, sier Chu.
Sånn virker luktesansen
Her må det nødvendigvis bli litt vanskelig for oss som ikke er spesialister:
Når vi lukter noe, er det fordi enkelte molekyler som spres i lufta først aktiverer sensoriske nevroner i det såkalte lukteepitelet. Dette er et område i nesen som fanger opp luktmolekyler og fører dem videre inn i hjernens primære luktsenter.
Her danner de sensoriske terminalene et slags kart. Nevroner som har samme type luktreseptor samler seg innenfor kuleformede områder kalt glomeruli.
Insekter har et tilsvarende system med sensoriske luktenevroner som danner glomeruli i den såkalte antenneloben. Likheten gjelder også andreordens luktenevroner som sender signaler fra det primære luktsenteret til høyere ordens områder.
De ulike luktene er representert i form av en samling ikke-overlappende glomeruli i det primære luktsenteret. Men de er ordnet på en ganske annen måte i de påfølgende sentrene.
Både hos insekter og mennesker dekker terminalene av andreordens luktnevroner relativt store områder som til dels overlapper.
– Gjennom høyoppløselige data fra elektrofysiologiske registreringer eller farginger av enkeltnevroner i insekthjernen, fant vi imidlertid også et mønster her, forklarer Chu.
Signaler knyttet til attraksjon og avvisning var i hovedsak separert i ulike områder.
Hunnens duft gir både attraksjon og avvisning
Ulike feromoner som påvirker ulike deler av hjernen. (Trykk på bildet for større versjon.) Illustrasjon: NTNU
Hos nattsvermere kan hunnene produsere og skille ut luktstoffer kalt feromoner. Disse feromonene består av ulike komponenter, og sender signaler til andre nattsvermere.
I artikkelen forklarer forskergruppen hvordan input fra tre feromonkomponenter som hunnene produserer blir behandlet i de høyere luktsentra hos hannene.
Nattsvermerhannen er velegnet som modellobjekt for å utforske hvordan kjemiske signaler representeres i hjernen. Vi kjenner nemlig de relevante duftsignalene for reproduktiv adferd. Dessuten er det snakk om et relativt oversiktlig system som består av noen få stimuli. Noen av disse initierer attraksjon, mens andre initierer avvisning.
Langvarig arbeid
– Denne artikkelen er et resultat av langvarig arbeid og bruk av ulike eksperimentelle metoder, sier en annen forsker i laben, Elena Ian.
Gruppen har lagt mye innsats i å visualisere det spesielle projiseringsmønsteret. Resultatene kan du blant annet finne eksempler på her.
Førsteforfatter Jonas Hanssen Kymre, disputerte nylig med avhandlingen «Connection patterns in the central olfactory pathway of the male moth». eLife-artikkelen inngår som en av tre artikler.
Viktig for psykologer også
Noen stusser kanskje over at forskere studerer insekthjernen ved Institutt for psykologi.
– Men det er viktig å utforske selve nervesystemets fysiologi og anatomi også for dette fagområdet, påpeker Kymre.
– Å få innblikk i noen av de avanserte nervenettverkene som skjuler seg i en liten insekthjerne, vil kanskje bidra til ettertanke – både med hensyn til hvor vi kommer fra og vår plass blant mangfoldet av arter, sier professor Bente Gunnveig Berg.
I tillegg til forskerne ved Kjemosensorisk lab ved NTNU, er publikasjonen et resultat av et langvarig og fruktbart samarbeid med en gruppe kinesiske forskere. Arbeidet inngår i et større prosjekt som er finansiert av Norges Forskningsråd.
Referanse: Jonas Hansen Kymre, Xiao Lan Liu, Elena Ian, Christoffer Nerland Berge, Gui Rong Wang, Bente Gunnveig Berg, Xin Cheng Zhao, Xi Chu. Distinct protocerebral neuropils associated with attractive and aversive female-produced odorants in the male moth brain. eLife 2021;10:e65683 DOI: 10.7554/eLife.65683
