Das heiße Metall einer Teekanne und eines Eiswürfels haben auf den ersten Blick nichts gemeinsam. Aber diese beiden Objekte können schmerzhaft sein. Starke Hitze und starke Kälte wirken sich äußerst unangenehm auf die menschliche Haut aus - das wissen wir seit unserer Kindheit. In jüngerer Zeit haben wir jedoch erfahren, dass das Gehirn diese Temperaturextreme fast genauso wahrnimmt. Wir denken oft, dass es die Haut - und die darin enthaltenen Nerven - sind, die direkt für den Tastsinn verantwortlich sind, aber was Biologen das "somatosensorische System" nennen, umfasst tatsächlich ein breiteres Spektrum von Sinnen.
Darunter befindet sich natürlich die Berührung selbst, dh das Erkennen mechanischer Reize der Haut, aber auch die Propriozeption, dh die Fähigkeit, die Orientierung und Position des Körpers zu erfassen, und die Nozizeption, die für die Fähigkeit des Körpers verantwortlich ist, schädliche Reize zu identifizieren. Schmerzgefühl ist die Reaktion des Körpers auf Nozizeption.
Unabhängig davon, ob der Schmerzreiz mechanisch, chemisch oder thermisch ist, veranlasst uns die Nozizeption, ihn loszuwerden. Stecke deine Hand ins Feuer und du wirst ein brennendes Gefühl spüren, das deinen Körper dazu bringt, deine Hand so schnell wie möglich aus dem Feuer zu nehmen. Dies ist nicht das angenehmste Gefühl - Schmerz - aber es beweist, dass Ihr Körper versucht, Sie zu schützen. Wenn Sie die Fähigkeit verlieren, Schmerzen zu fühlen, wird es sehr schlimm sein.
"Das Grundprinzip", sagt York Grundle, Neurowissenschaftler an der Duke University, "besteht darin, dass sensorische Neuronen, die sich in Ihrem Körper befinden, eine Reihe von Kanälen haben, die direkt durch kalte oder heiße Temperaturen aktiviert werden." Durch die Untersuchung gentechnisch veränderter Mäuse in den letzten fünfzehn Jahren konnten Wissenschaftler nachweisen, dass diese Kanäle - Proteine, die in die Wände von Neuronen eingebettet sind - direkt an der Wahrnehmung der Temperatur beteiligt sind.
Der am besten untersuchte Kanal TRPV1 reagiert auf starke Hitze. TRPV1 wird normalerweise erst aktiviert, wenn der Reiz 42 Grad erreicht, was Menschen und Mäuse im Allgemeinen als unerträglich heiß ansehen. Sobald Ihre Haut diese Schwelle erreicht, wird der Kanal aktiviert, der gesamte Nerv aktiviert und ein einfaches Signal an das Gehirn übertragen: oh!
"Bei Kälte gelten im Prinzip die gleichen Mechanismen", erklärt Grundle, außer dass es ein Protein namens TRPM8 gibt, das aktiviert wird, wenn es nur kalt wird, nicht unbedingt sehr kalt.
Es bleibt TRPA1, die vielleicht am wenigsten untersuchte Klasse dieser Proteine. Während Forscher herausgefunden haben, dass es als Reaktion auf extrem kalte Reize aktiviert wird, ist unklar, ob es an dem Prozess der Erkennung dieser Reize beteiligt ist.
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Zusammen ermöglichen diese drei Proteine - TRPV1, TRPM8 und TRPA1 - der Haut, Temperaturen in einem Bereich zu erfassen, und dem Körper, entsprechend zu reagieren. Und weil sie Nozizeptoren sind, besteht die Aufgabe dieser Proteine darin, Ihnen zu helfen, bestimmte Temperaturen zu vermeiden, und sie nicht aufzusuchen. Mäuse mit defekten Versionen des TRPM8-Rezeptors mieden beispielsweise kalte Temperaturen nicht mehr. Dies bedeutet, dass Mäuse - und vielleicht auch wir - nicht aktiv nach angenehmen Temperaturen suchen. Stattdessen vermeiden sie aktiv extreme Hitze und Kälte und bevorzugen eine warme, ruhige Umgebung.
Obwohl Wissenschaftler die thermischen Grenzen identifiziert haben, an denen diese TRP-Rezeptoren aktiv werden, bedeutet dies nicht, dass sie nicht moduliert werden können. Schließlich kann eine warme Dusche unerträglich heiß sein, wenn Sie keinen Sonnenbrand haben. "Es wurde gezeigt, dass dies auf Hautentzündungen zurückzuführen ist, die den TRPV1-Kanal sensibilisieren", sagt Grandl. "Die Schwelle, bei der diese Nerven Schmerzen auf das Gehirn übertragen, wird gesenkt."
Aber die Temperatur ist nicht das einzige, was diese Rezeptoren aktiviert. Pflanzen auch. Es mag Sie nicht überraschen, dass TRPV1, das durch extreme Hitze aktiviert wird, auch durch Capsaicin aktiviert wird, das der Paprika ihre Würze verleiht. Und TRPM8 reagiert auf die Kühlkraft von Menthol, die in Minzblättern enthalten ist. TRPA1 wird auch als "Wasabi-Rezeptor" bezeichnet, da es durch die scharfen Bestandteile von Senfpflanzen aktiviert wird.
Wie haben Pflanzen Chemikalien entwickelt, die Rezeptoren aktivieren, die normalerweise durch die Temperatur aktiviert werden? Der Molekularbiologe Ajay Dhaka von der Universität Washington erklärt, dass Capsaicin bei Fischen, Vögeln oder Kaninchen nichts mit TRPV1 tut, sondern bei Menschen und Nagetieren denselben Rezeptor aktiviert. "Die Pflanzen haben möglicherweise Capsaicin entwickelt, so dass einige Tiere sie nicht alleine fressen", aber die Pflanzen waren für andere Kreaturen essbar. Es ist möglich, dass ähnliche Mechanismen zur Entwicklung von Menthol und Senf führten.
Mit anderen Worten, diese merkwürdige Beziehung zwischen Pflanzen und Temperaturen könnte eher die tiefe Evolutionsgeschichte von Pflanzen als von Tieren widerspiegeln. Pflanzen haben möglicherweise einen Weg gefunden, die Temperaturerkennungsfähigkeiten unseres Körpers zu hacken und dann Komponenten zu manipulieren, die Schmerzrezeptoren aktivieren.
Daher ist die Tatsache, dass wir schwitzen und Adjika mit Meerrettich essen, nicht mit einer Eigenschaft verbunden, die Pfeffer innewohnt, sondern nur mit der Tatsache, dass Capsaicin und Hitze die Nerven der Haut auf die gleiche Weise aktivieren.
Mit einem Rezeptor, der auf schädliche Reize abgestimmt war, fanden diese Pflanzen einen hinterhältigen Weg, um das Schicksal des Verschlingens zu vermeiden … bis wir einen Weg fanden, das schmerzhaft kochend scharfe Essen zu genießen und Senf auf alles zu gießen. Wenn Sie also das nächste Mal bemerken, dass Sie von einem mächtigen Chili buchstäblich auseinandergerissen werden, nehmen Sie sich einen Moment Zeit und denken Sie daran, dass das, was geschieht, das Ergebnis eines jahrhundertelangen evolutionären Kampfes zwischen Pflanzen und Tieren ist. Schlachten, in denen wir zu gewinnen scheinen (aber das ist nicht sicher).
ILYA KHEL