Technologie im olfaktorischen System

Haben Sie jemals festgestellt, dass Ihre Sinne Sie ständig gegen mögliche Gefahren aus Ihrer Umgebung warnen? Wenn Sie zum Beispiel die Straße überqueren, schauen Sie beim Hören der Hupe eines mit hoher Geschwindigkeit herannahenden Autos unmittelbar in die Richtung des Geräusches. Somit vermeiden Sie einen Unfall, der ansonst fatal wäre.
Einige Gefahren befinden sich allerdings jenseits des Bereichs des Sehens und Hörens. In einigen Situationen vollführt der Geruchssinn eine warnende Funktion. Von all den potenziellen Gefahren in Ihrem Haus können Sie zum Beispiel allein durch den Geruchssinn ein Gasleck entdecken. Das erste Zeichen eines Feuers jenseits Ihres Gesichtsfeldes ist der Geruch von Rauch. Menschen mit schwachem oder nichtexistentem Geruchssinn sind angesichts solcher Situationen wehrlos.
Es wurden gewisse elektronische Geräte entwickelt, um gegen solche Gefahren zu warnen. Um diese zu entwerfen, wurde der menschliche Geruchssinn als Modell herangezogen. Danach hergestellte Gas- und Feuerdetektoren zum Beispiel sind bloß plumpe Imitationen der Nase.

(Abbildung 20) Das Bild zeigt die vergleichbar komplexe Struktur eines Rauchmelders. Das System in Geruchswahrnehmungszellen aber ist weitaus komplexer als jener.

Feuerdetektoren

(Abbildung 21) Einige Sensoren werden in elektronischen Nasen verwendet. Diese Sensoren wurden entworfen nach dem Vorbild der Rezeptoren in der menschlichen Nase, sind aber unvergleichlich simpler als jene.

Wie Sie wissen, reagieren Feuerdetektoren auf Rauchpartikel in der Luft und senden einen Warnalarm aus. Denken Sie an die nach dem Prinzip der Ionisierung funktionierenden Modelle. (Abbildung 20) Diese Geräte beinhalten ein spezielles mit Ionen angefülltes Detektions-Abteil – elektrisch geladene Partikel. Solange in das Gerät saubere Luft eintritt bleibt die elektrische Ladung der Partikel stabil. Wenn allerdings Rauch eintritt, werden die Ionen neutralisiert und der Fluss des elektrischen Stroms wird reduziert. Das Abfallen im Strom löst einen Buzzer oder anderen Alarm aus.1

(Abbildung 22) Das Funktionssystem der elektronischen Nase

Das spezielle Fach in diesen elektrischen Geräten kann mit den Geruchsrezeptorzellen in der Nase verglichen werden. Sie haben bereits gesehen, wie sich die elektrische Ladung in den Rezeptorzellen in Folge eines komplexen Prozesses verändert, und wie daraufhin eine spezifische Meldung entsteht. Der Mechanismus im Geruchsdetektor ist ein eher primitives Modell des Wahrnehmungssystems in den Geruchsrezeptorzellen. Auch ist der Unterschied zwischen einem Feuerdetektor und der menschlichen Nase weitaus größer als der zwischen einem Raumschiff und einem Ochsenkarren.

Die elektronische Nase

Das menschliche olfaktorische System kann zwischen 10.000 verschiedenen Gerüchen unterscheiden. Ein Fachmann im Parfümgewerbe ist in der Lage ein Parfüm zu riechen, das 100 verschiedene Düfte enthält, und alle Bestandteile aufzuzählen. 2 Diese überlegene Schöpfung in der menschlichen Nase hat zahlreiche Wissenschaftler dazu angeregt ähnliche Apparate zu entwickeln, und zahlreiche Forschungs- und Entwicklungszentren weltweit versuchen das wunderbare Geruchswahrnehmungssystem der Menschen nachzuahmen. Ein in diese Richtung entwickeltes Modell ist bekannt als „elektronische Nase“.
Anstelle der aus Proteinen gemachten Rezeptoren der menschlichen Nase verwenden ihre elektronischen Entsprechungen eine Reihe chemischer Rezeptoren. (Abbildung 21) Jeder dieser Rezeptoren ist entworfen einen spezifischen Geruch zu entdecken; da ihre selektiven Fähigkeiten zunehmen, wird die Herstellung der Geräte schwieriger, und die Preise steigen. Die Sensoren sammeln Signale aus ihrer Umgebung und schicken sie an einen Computer. Elektronische Systeme können mit Nervenzellen im olfaktorischen System verglichen werden, und der Computer selbst als eine Imitation des menschlichen Gehirns. Der Computer ist dazu programmiert an ihn gesendete Daten zu analysieren. Dank ihm werden die Signale als binärer Code interpretiert. (Abbildung 22)
Auf solche Weise entwickelte elektronische Nasen werden auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, insbesondere in der Ess-, Parfüm- und chemischen Industrie, und der Medizin. Universitäten und internationale Organisationen liefern den größten Rückhalt für solche Projekte. Dennoch gilt, was Julian W. Gardner der Universität von Warwick sagt: „Wir befinden uns im Anfangsstadium der Technologie.“ 3

Ein Vergleich der menschlichen und elektronischen Nase

Wissenschaftler sagen, dass es keine Entsprechung zur Wahrnehmungskapazität der geruchssensitiven Zellen in der Nase gibt. 4 Des Weiteren behaupten einige Wissenschaftler offen die Unmöglichkeit ein elektronisches Gerät zu entwickeln, das vollständig die menschliche Nase kopieren kann. Edward J. Staples, ein Experte in elektronischer Sensortechnologie, ist einer, der dies offen zugibt. 5 Ein anderer Wissenschaftler, Professor W. James Harper, sagt: „Eine elektronische Nase ist kein Ersatz für Menschen – sie ist ein Zusatz“. 6 Er betont, dass die elektronische Nase nur eine Beifügung sein kann.
Seine Aussage kann durch eine Analogie ausgedrückt werden: Eine Kamera kann das Auge nicht ersetzen, sondern nur unterstützen. Die Beziehung zwischen der elektronischen Nase und ihrer elektronischen Entsprechung ist ziemlich dasselbe.
George Aldrich, chemischer Spezialist bei der NASA, behauptete in der Ausgabe vom 23.6.2001 der Zeitschrift New Scientist, dass nichts die menschliche Nase übertreffen könne. Als er gefragt wurde, warum die NASA bei olfaktorischen Tests keine elektrische Ausrüstung verwende, antwortete Aldrich:
„… meiner Meinung nach kommen sie auch nicht annähernd an die menschliche Nase heran. Es gibt nichts Besseres als die menschliche Nase.“ 7
Lassen wir für einen Moment diese Tatsachen beiseite und vergleichen wir diese beiden Modelle, um einmal mehr die Überlegenheit der menschlichen Nase aufzudecken:

1. Elektronische Nasen können nur eine begrenzte Zahl von Gerüchen entdecken, im Gegensatz zu den tausenden der menschlichen Nase.
2. Computerunterstützte elektronische Nasen sind weitaus größer im Vergleich zur menschlichen Nase. Sie sind auch empfindliche Geräte, die intensive Pflege und Wartung benötigen. Des Weiteren stellt das kurze Leben der Sensoren ein größeres Problem dar.8 Unser Geruchswahrnehmungssystem auf der anderen Seite benötigt während seiner Operationslebenzeit keine Wartung.
3. Die Kosten einer einzigen elektronischen Nase können sich auf $100.000 belaufen.9
4. In der menschlichen Nase wird der Geruchswahrnehmungsprozess in weniger als einer Sekunde abgeschlossen. Die Analyse im elektronischen Gegenstück allerdings dauert Minuten.10
5. Die Anpassung der Sensoren und die Programmierung der Computer, die an sie angeschlossen sind, sind besonders wichtig. Forschungen haben gezeigt, dass hohe Anteile von Wasser, Alkohol, Kohlensäure und Essigsäure die Sensitivität des Geräts beeinträchtigen können.11 Dazu kommt noch, dass Geruchsexperten die elektronische Nase sehr vorsichtig programmieren müssen. Ansonsten würden gewisse Gerüche das Gerät dazu bringen unkorrekte oder unsichere Ergebnisse zu liefern.
6. Jedes System, das aus Sensoren und Computern aufgebaut ist, entbehrt eines jeglichen Mechanismus logische Urteile zu fällen. Menschen hingegen fangen bereits im jungen Alter an diesen Prozess durchzuführen. Sobald ein Baby geboren ist, erkennt es seine Mutter durch ihren Geruch und kann zwei Tage später Gerüche unterscheiden. 12
7. Trotz der fortgeschrittenen Technologie heutzutage kann kein elektronisches Gerät mit der Kapazität der menschlichen Nase hergestellt werden, was zeigt, wie erstaunlich das Design unseres Geruchswahrnehmungssystem in Wirklichkeit ist. Auf dem Gebiet der elektronischen Nase arbeitende Fachmänner sind sich dessen eher bewusst als die meisten anderen Menschen.

Die elektronische Nase ist weitaus primitiver als die menschliche Nase, trotz all der Technologie, die sie gebraucht.

Dieses Geruchswahrnehmungssystem funktioniert seit der Erschaffung des ersten Menschen auf perfekte Weise. Dennoch ist die Struktur so komplex, dass die Details des arbeitenden Geruchsrezeptormechanismus und des Wahrnehmungssystems im Gehirn in weitem Maße noch nicht verstanden werden. In der Tat ist weniger über das olfaktorische System bekannt als über Sehen, Hören und Fühlen.13 Aus diesem Grund ist jedes die menschliche Nase zu ersetzende elektronische System eindeutig Wunschdenken.
Offensichtlich werden in den kommenden Jahren fortgeschrittenere elektronische Nasen hergestellt, aber das ändert nicht diese naheliegende Wahrheit: Eine elektronische Nase kann nicht durch Zufall entstehen, sondern ist das Produkt einer spezifischen Planung, Programmierung und Design. Auf ähnliche Weise sind die ihren elektronischen Gegenstücken so überlegenen Nasal- und Geruchssysteme nicht spontan oder durch Zufall entstanden. Sie sind Beweise der überlegenen Kunstfertigkeit Gottes, des unendlich Liebenden und Gnädigen. Und die Art, wie sie in den Dienst aller Lebewesen gestellt wurden, ist ein großer Segen.
Um es kurz zu fassen, wird jede neue wissenschaftliche Entdeckung bezüglich des menschlichen Körpers und des Geruchswahrnehmungssystems einmal mehr jenen Enttäuschung verursachen, die darauf bestehen die Evolution zu unterstützen. Zugleich werden uns solche Fortschritte ermöglichen ein deutlicheres Bild von Gottes unendlichem Wissen und Intellekt zu erhalten. Das wird Gläubigen ermöglichen sich Gott zu nähern, Seine Macht besser zu schätzen, und ihre Angst vor Ihm zu steigern.
Die Überzeugungen der Gläubigen angesichts Gottes Verse wurden im Quran offenbart:
Siehe, in der Schöpfung von Himmeln und Erde und in dem Wechsel von Nacht und Tag sind wahrlich Zeichen für die Verständigen, Die da Gottes gedenken im Stehen und Sitzen und Liegen und über die Schöpfung der Himmel und der Erde nachdenken: "Unser Herr, Du hast dies nicht umsonst erschaffen! Preis sei Dir! Bewahre uns vor der Feuerspein! (Sure Al `Imran, 190-191)

1 “Fire Fighting,” M. Encarta Encyclopedia 2000.

2 Elise Hancock, “A Primer on Smell,” Johns Hopkins Magazine, September 1996.

3 Mia Schmiedeskamp, “Plenty to Sniff At,” Scientific American, März 2001; http://www.sciam.com/2001/0301issue/0301techbus1.html.

4 Philip Morrison, “The Silicon Gourmet,” Scientific American, April 1997; http://www.sciam.com/0497issue/0497wonders.html.

5 Mia Schmiedeskamp, Op cit.

6 Pam Frost, “Electronic Nose Inspects Cheese, Hints at Human Sense of Smell,” The Ohio State University Research News, 30.9.1998, http://www.acs.ohio-state.edu/units/research/archive/nosetron.htm.

7 “Nose Jop, "New Scientist Magazine, 23. Juni2001, S. 44-47.

8 W. James Harper, “Strengths and Weakness of the Electronic Nose,” http://www.fst.ohio-state.edu/FS/nose/sld024.htm.

9 Pam Frost, Op cit.; http://www.acs.ohio-state.edu/units/research/archive/nosetron.htm.

10 Philip Morrison, “The Silicon Gourmet,” Scientific American, April 1997, http://www.sciam.com/0497issue/0497wonders.html.

11 W. James Harper, “Strengths and Weakness of the Electronic Nose,” http://www.fst.ohio-state.edu/FS/nose/sld026.htm.

12 “Infancy,” M. Encarta Encyclopedia 2000.

13 Pam Frost, Op. cit., http://www.acs.ohio-state.edu/units/research/archive/nosetron.htm.