Der Duft von Jasmin und der Gestank von Kot sind tatsächlich die gleiche Geruchskomponente, können Sie das glauben?

Der Geruchssinn ist einer der wichtigsten Sinne des Menschen. Es überträgt hauptsächlich Informationen über chemische Substanzen in der Luft über das olfaktorische Nervensystem und das nasale Trigeminusnervensystem des menschlichen Körpers. Diese Informationen werden in verschiedene Gerüche umgewandelt. Die einfachsten und intuitivsten sprachlichen Beschreibungen, die wir für viele Gerüche verwenden, sind „duftend“ und „stinkend“. Tatsächlich handelt es sich bei „Duft“ und „Gestank“ jedoch um subjektive Gefühle, nicht um absolute Empfindungen, die sich sogar ineinander verwandeln können.

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1. Indol, ein „seltsamer“ Geruch

Es gibt eine wenig bekannte Tatsache, die den gesunden Menschenverstand vieler Menschen untergräbt. Das heißt, die von uns verwendeten Parfüms enthalten grundsätzlich chemische Substanzen, die aus Fäkalien extrahiert werden können. Der Name dieser chemischen Substanz ist Indol (yǐn duǒ).

Indol ist eine aromatische heterozyklische organische Verbindung, die in den Blüten verschiedener Pflanzen weit verbreitet ist und eine der Hauptquellen für den Duft verschiedener Blumen darstellt. Es wurde erstmals vom Menschen durch eine Mischung aus Indigo und Oleum synthetisiert. Die englische Transliteration des etwas schwer auszusprechenden Namens Indole, Indole, ist eine Kombination der beiden oben genannten englischen Namen.

Indol ist eine sehr interessante Verbindung. Es kann nicht nur künstlich durch die Reaktion von Indigo und Oleum hergestellt werden, sondern wird auch ständig in der Natur „produziert“. In der Natur gibt es viele Bakterienarten, die Tryptophanase enthalten, die Tryptophan, aus dem Proteine ​​bestehen, in Indol zerlegen können, wie zum Beispiel Escherichia coli.

Wenn wir E. coli erwähnen, kann das bei vielen unserer Freunde nicht so nette Assoziationen auslösen. Das ist richtig, der Verdauungstrakt von Menschen und Tieren ist in der Natur ein wichtiger Ort für die „Produktion“ von Indol! Daher enthalten auch Exkremente wie Kot eine große Menge an Indol. Neben Indol gibt es auch sein Derivat 3-Methylindol (entsteht, wenn das Wasserstoffatom in einer Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung in Indol durch eine CH3-Methylgruppe ersetzt wird), das auch Skatol genannt wird. Sowohl Indol als auch Skatol sind die Hauptgeruchsquellen im Kot, wie aus dem Aliasnamen Skatol hervorgeht.

Vergleich der chemischen Strukturen von Indol (links) und seinem Derivat Skatol (rechts) | Quelle: vom Autor bereitgestellt

Indol ist eine solche chemische Substanz mit einzigartigen „duftenden und riechenden“ Eigenschaften. Es wird nicht nur zur Herstellung von Parfüms verwendet, sondern findet auch breite Anwendung in der Lebensmittel-, Druck- und Färbeindustrie, der Medizin und anderen Branchen. Aufgrund seiner hohen biologischen Aktivität findet es insbesondere in der Pharmaindustrie Verwendung in Arzneimitteln auf vielen therapeutischen Gebieten, beispielsweise zur Behandlung von Bluthochdruck, Proliferation, Viren, Tumoren, Schmerzlinderung, Entzündungshemmung und Bakterien.

Obwohl Indol vielseitig einsetzbar ist, assoziieren manche Menschen Indol unwillkürlich mit Exkrementen und haben das Gefühl, dass das Parfüm auf ihrem Körper und das Essen in ihrem Mund nicht mehr gut riechen.

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Tatsächlich können Sie hier beruhigt sein, denn der Mensch produziert Indol in großen Mengen industriell und verzichtet dabei auf die oben genannten stinkenden Rohstoffe. Es kann durch fraktionierte Destillation aus Kohlenteer gewonnen oder aus verschiedenen Arten organischer Verbindungen synthetisiert werden.

Während der über 100-jährigen Entwicklung der menschlichen chemischen Industrie wurden Dutzende chemischer Technologien zur Synthese von Indol entwickelt. Die derzeit beliebteste Methode ist die Fischer-Methode, bei der hauptsächlich Phenylhydrazin (jǐng) und organische Verbindungen wie Aldehyde und Ketone verwendet werden, um sie bei hohen Temperaturen unter Säurekatalyse zu kombinieren.

2. Extrem „duftend“ führt zu „stinkend“, nur aufgrund unterschiedlicher Konzentrationen

Es handelt sich um dasselbe Indol. Warum kann es also in Blumen duften und gleichzeitig die Hauptgeruchsquelle in Exkrementen wie Kot sein? Dies hängt mit der Indolkonzentration zusammen. In der biochemischen Medizin gibt es ein berühmtes Sprichwort: „Über Toxizität zu reden, ohne die Dosierung zu berücksichtigen, ist bloß Rowdytum.“ Bezogen auf Indol können wir auch sagen: „Über den Geruch zu sprechen, ohne die Konzentration zu berücksichtigen, ist einfach Rowdytum.“

Der Indolgehalt in den Gasmolekülen, die die meisten Pflanzenblüten in die Luft abgeben, ist oft gering, sodass der von unseren Riechorganen wahrgenommene Geruch nur einen schwachen Duft hat. Da Kot und viele andere verrottende Eiweißstoffe von Bakterien zersetzt werden und dabei große Mengen Indol und 3-Methylindol entstehen, haben die in die Luft freigesetzten Gasmoleküle aufgrund des übermäßigen Indolgehalts einen üblen Geruch.

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Tatsächlich ist sogar in den Blüten mancher Pflanzen ein Gestank wahrnehmbar, weil die Konzentration des freigesetzten Indols zu hoch ist. Einen anderen Ansatz verfolgt beispielsweise die im Pflanzenreich berühmte Rafflesia. Seine Blüten verströmen einen Gestank, der an den einer verwesenden Leiche erinnert und Fliegen zur Bestäubung anlockt, während andere Tiere und Insekten ihn meiden. Aber auch aus Sicht der Rafflesia ist man sehr verärgert. Wie andere Pflanzenblüten setzt sie indolreiche Gasmoleküle frei, aber sie „übertreibt“ es und setzt etwas mehr Indol frei.

Darüber hinaus setzen die Blüten von Pflanzen wie Kastanien oder Heidekraut beim Öffnen unangenehme Gerüche frei, die ebenfalls durch zu hohe Indolkonzentrationen verursacht werden.

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Im Gegenteil, es gibt auch Tierkot, der von den Menschen als wahre Gewürzfundgrube angesehen wird: Ambra. Ambra ist ein Darmstein bei Pottwalen. Es entsteht hauptsächlich durch die unverdaulichen Teile des Tintenfischs, die sie verschlucken und die sich im Darm ansammeln und lange Zeit gären. Logischerweise müsste dieses Ding einen schrecklichen Geruch haben, aber tatsächlich ist Ambra ein sehr kostbares Gewürz. Nach dem Verdünnen und Mischen verströmt es einen unbeschreiblichen, einzigartigen Duft. Diese Aromen sind eine Mischung aus Trimethylindol in Ambra sowie Verbindungen wie Ambrein und Ambroxan.

3. Wie werden Duft und Geruch definiert? Die Evolution bestimmt den Standard

Warum sich der Geruchssinn des Menschen durch eine erhöhte Indolkonzentration von „duftend“ zu „stinkend“ verändert, lässt sich vermutlich aus der Perspektive der biologischen Evolution erklären.

„Überleben des Stärkeren“ ist das kälteste Gesetz der Evolution. Das heißt, die meisten Gewohnheiten, die wir Menschen bis heute beibehalten konnten, sind nach Millionen von Jahren der Evolution und Eliminierung erhalten geblieben. Auch unsere Beurteilung von „Duft“ und „Gestank“ kommt daher. Das Wesentliche am Geruchssinn ist, dass er dem Menschen die Möglichkeit bietet, Signale aus der äußeren Umgebung wahrzunehmen. Es kann Menschen dazu bringen, nach Vorteilen zu streben, Schaden zu vermeiden und in der Natur zu überleben.

Aus dieser Perspektive handelt es sich bei Substanzen, die in der Natur auf natürliche Weise geringe Konzentrationen des Indolgases abgeben, meist um blühende Pflanzenblüten, also um den Atem des Lebens – Früchte, Honig, reichhaltige Nahrungsquellen und ökologische Gemeinschaften, die aus großen Pflanzenflächen bestehen. Als sich die Menschen noch in der primitiven Phase befanden, konnten unsere Vorfahren diese Gerüche gut wahrnehmen und Freude daran empfinden. Sie spürten oft die Quelle dieser Gerüche auf und fanden Umgebungen, die für das Überleben besser geeignet waren als andere Orte, sodass sie eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit hatten.

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Umgekehrt kann ein starker Indolgeruch an einem Ort auf den Geruch des Todes hindeuten – verdorbene Lebensmittel, verwesende Leichen oder eine durch mangelnde Hygiene verursachte Pest. Dies ist ein Warnsignal, das Menschen fernhält. Zunächst war die Sterblichkeitsrate bei Menschen, deren Gene diese Gerüche nicht als schlecht empfanden, höher als bei anderen. Dieses Muster wurde von Generation zu Generation weitergegeben und im Laufe der Zeit haben wir nun den Beurteilungsstandard „niedrige Indolkonzentration ist wohlriechend, hohe Indolkonzentration ist übelriechend“ in unseren Genen verankert.

Tatsächlich sind es nicht nur Menschen, sondern auch viele andere Tiere, die dasselbe Verhaltensmuster aufweisen. Wissenschaftler führten beispielsweise einmal ein Experiment mit Fruchtfliegen durch. Einer der Lieblingsgerüche von Fruchtfliegen ist Ethylacetat, ein flüchtiger Aromastoff, der häufig in Früchten vorkommt. Als die Wissenschaftler geringe Konzentrationen von Ethylacetat in das Versuchsgerät einbrachten, wurden die Fruchtfliegen dazu angeregt, in Richtung der Geruchsquelle zu fliegen. Als die Wissenschaftler jedoch die Dosis und Konzentration des Ethylacetats erhöhten, begannen die Fruchtfliegen, in die entgegengesetzte Richtung auszuweichen. Denn hohe Konzentrationen von Ethylacetat können eine betäubende Wirkung auf Fruchtfliegen haben, die deren Leben gefährden kann. Der über Milliarden von Jahren entwickelte Überlebensinstinkt führt dazu, dass Fruchtfliegen hohe Konzentrationen von Ethylacetat als „stinkend“ empfinden und sich davon fernhalten.

4. Mit der Zeit verwässert alles und auch der Geruchssinn wird „ästhetisch ermüdet“.

Es gibt ein altes chinesisches Sprichwort: „Wenn Sie einen Raum voller Orchideen betreten, werden Sie den Duft nicht mehr riechen; wenn Sie ein Geschäft betreten, das Abalone verkauft, werden Sie den Gestank nicht mehr riechen.“ Auch hierfür sind physiologische Mechanismen des Menschen verantwortlich.
Wie bereits erwähnt, besteht die Essenz des Geruchssinns darin, dass der Mensch externe Gassignale wahrnimmt. Auf der Oberfläche der sensorischen Neuronen in der Nasenhöhle befindet sich eine große Anzahl von Geruchsrezeptoren, die flüchtige Moleküle im Gas erkennen können. Wenn die Rezeptoren Reize durch flüchtige Moleküle erkennen, werden sie aktiviert und produzieren entsprechende Neurotransmitter, die an den Riechkolben des Gehirns weitergeleitet werden, wodurch wir einen bestimmten Geruch „riechen“ können.

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Das menschliche Nervensystem verfügt jedoch über einen weiteren Satz von Anpassungsmechanismen, der darin besteht, die Aufmerksamkeit auf irrelevante und sich wiederholende Informationen zu reduzieren. Der Zweck dieses Mechanismus besteht darin, Energie und Ressourcen zu sparen, damit sich das Gehirn auf wichtigere Dinge konzentrieren kann. Um eine anschauliche Metapher zu verwenden: Nachdem das Gehirn ein bestimmtes Signal vom Geruchssystem empfangen hat, antwortet es mit „Ich habe es verstanden“. Danach werden die Geruchsrezeptoren zwar weiterhin durch dieselben flüchtigen Moleküle stimuliert, die Freisetzung von Neurotransmittern nimmt jedoch allmählich ab und auch die Neuronen im Riechkolben verringern ihre Erregbarkeit, was zu einer Signalabschwächung führt. An diesem Punkt können wir davon ausgehen, dass das Gehirn durch diesen Geruch „ästhetisch ermüdet“ ist.

Tatsächlich ist es nicht nur der Geruchssinn, auch andere menschliche Sinne folgen diesem Mechanismus. Beim Duschen beispielsweise gewöhnt sich die Haut zunächst langsam an das leicht heiße Wasser. Wenn Sie eine laute Umgebung betreten, wird der Lärm nach einer Weile nicht mehr so ​​unerträglich sein. Wenn wir uns von einem dunklen zu einem hellen Ort bewegen, ändert sich die visuelle Wahrnehmung des Lichts von grell zu nicht grell. All dies wird durch diesen Mechanismus des Gehirns verursacht. Genau aufgrund dieses physiologischen Mechanismus können wir Menschen auf äußere Umweltsignale aufmerksam bleiben, uns gleichzeitig schnell an unterschiedliche Umgebungen anpassen und verfügen über stärkere Überlebensfähigkeiten.

Quelle: Chongqing Wissenschafts- und Technologiemuseum

Autor: Yang Zhen, populärwissenschaftlicher Autor.

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