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Das Rätsel der Schallverstärkung im Innenohr
Eine der außergewöhnlichen Eigenschaften des Schallerkennungssystems für Säugetiere ist die Reichweite, über die es funktioniert. Dieser reicht von 11 KHz bei Vögeln bis 200 KHz bei Meeressäugern.
Dies ist nur möglich, weil das Innenohr Töne bis zu einem Faktor von 4000 verstärkt. Das ist ein enormer Gewinn. Tatsächlich ist es so sehr, dass es schwer ist, mit herkömmlichen Überlegungen zu mechanischer Verstärkung in Einklang zu kommen. Daher gibt es unter Biologen viel Kopfzerbrechen darüber, wie das Ohr diese Verstärkung erreicht.
Ein Teil des Rätsels ist, dass die Verstärkung nicht ganz passiv ist. Das Innenohr ist im Wesentlichen ein mit Flüssigkeit gefüllter Schlauch, der entlang seiner Länge durch eine dünne elastische Membran unterteilt ist. Diese Membran ist mit Haarzellen bedeckt, von denen es zwei Arten gibt.
Die sogenannten inneren Haarzellen wandeln Druckwellen in der Flüssigkeit in elektrische Signale um, die das Gehirn interpretieren kann. Die äußeren Haarzellen wirken jedoch wie mechanische Verstärker. Wenn sie von einer Druckwelle getroffen werden, beginnen die Zellen selbst mit derselben Frequenz zu vibrieren, wodurch die Welle beim Passieren verstärkt wird.
Das Problem ist, dass Messungen mit äußeren Haarzellen zeigen, dass sie Druckwellen um den Faktor 10 verstärken, eine Verstärkung, die weit hinter dem Erforderlichen zurückbleibt.
Heute jedoch sagen Tobias Reichenbach und James Hudspeth von der Rockefeller University in New York, dass sie herausgefunden haben, was sonst noch passiert, um das Signal zu verstärken.
Schall dringt als Druckwelle in das Innenohr ein, die sich durch die mit Flüssigkeit gefüllte Kammer ausbreitet und die Membran, die es entlang seiner Länge teilt, wie eine Gummiplatte in Schwingung versetzt. Da die Haarzellen auf dieser Membran sitzen, bewegen sie sich auch.
Reichenbach und Hudspeth berechnen, dass die Schwingung der äußeren Haarzellen nicht nur die Druckwelle verstärkt, sondern auch die Auslenkung der Membran erhöht, wie ein Kind, das auf einem Trampolin hüpft.
Wenn diese Effekte kombiniert werden, führen sie zu einem positiven Feedback-Effekt, der eine enorme Verstärkung erzeugt. Dies erklärt leicht die 4000-fache Verstärkung. Tatsächlich sagt das Team, dass der Gewinn sogar noch größer sein kann: Der Gesamtgewinn der Cochlea, das Produkt dieser beiden Komponenten, kann 10.000 übersteigen, sagen Reichenbach und Hudspeth.
Es bleibt den Experimentatoren nur noch, einen Weg zu finden, um zu zeigen, dass dies tatsächlich der Prozess ist, der den Gewinn erzielt, zugegebenermaßen nicht die einfachste Aufgabe. Aber eine, die bald dazu führen könnte, dass dieses Rätsel ein für alle Mal gelöst wird.
Ref: arxiv.org/abs/1009.2034 : Doppelter Beitrag zur Amplifikation im Innenohr von Säugetieren