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我们如何记住气味这么久,如果嗅觉感觉神经元只能存活大约 60 天? ——A. A. Bozorgi,加利福尼亚州欧文市

唐纳德·A·威尔逊,俄克拉荷马大学的动物学教授,也是《学习气味》(约翰·霍普金斯大学出版社,2006 年)的合著者,回复道:

我们能够识别旧的气味,尽管至少一部分最初与该气味相互作用的嗅觉感觉神经元已被替换,这是因为嗅觉系统内的整体活动模式在一段时间内保持相对恒定。


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嗅觉感觉神经元位于鼻子后部的粘液中,并通过轴突(手指状突起,将信息从细胞体向外传递)将数据传递到大脑,它们是已知会在整个生命周期中死亡和被替换的神经元类型中数量不断增加的一种。 幸运的是,它们并非同时全部死亡,并且有成千上万的嗅觉感觉神经元对任何给定的气味作出反应。

2004 年诺贝尔生理学或医学奖授予琳达·巴克和理查德·阿克塞尔,以表彰他们 1991 年的研究,该研究表明存在一个庞大的基因家族,这些基因编码称为嗅觉受体的蛋白质。 他们的一项重要观察是,单个嗅觉感觉神经元通常只表达这些基因中的一个。 也就是说,来自给定神经元的信号提供有关激活该细胞表达的特定受体蛋白的气味的信息。 事实上,当表达特定受体基因的嗅觉感觉神经元死亡,而表达相同基因的新神经元成熟时,新神经元的轴突会插入与其前身相同的嗅球神经元群。 尽管持续重新布线,但这种现象导致了多年来显着的模式稳定性。

然而,单个受体蛋白似乎会结合(或识别)许多不同的气味。 因此,大多数单个细胞(通过其受体)对来自这些物体的挥发性化学物质的亚分子特征作出反应,而不是拥有选择性地对咖啡、香草或波尔多作出反应的神经元。 例如,嗅觉感觉受体神经元可能对特定长度的碳氢链或特定的官能团(如醇或醛)作出反应。

因此,只要任何给定的感觉神经元与许多不同的气味共享一个共同特征,它就会对这些气味作出反应。 然后,大脑(具体而言,嗅球和嗅觉皮层)会查看在任何给定时间激活的感觉神经元的组合并解释该模式; 大脑的解释就是您感知到的气味。 由于有如此多的输入促成气味模式的形成,少量成分的缺失不会明显改变模式或大脑的感知。

为什么候鸟以 V 字形编队飞行? ——J. F. Bowman,加利福尼亚州科特马德拉

布鲁斯·巴特,他于 2007 年从位于田纳西州孟菲斯的湿地保护组织 Ducks Unlimited 首席生物学家的职位上退休,他提供了以下解释:

对于鸟类以编队飞行有两个有充分支持且互补的解释。(V 字形和 J 字形结构都是候鸟典型的且容易识别的飞行编队;研究表明,J 字形编队实际上比真正的 V 字形结构更常见。)解释这种现象的一种方法是,跟随者受益于领头鸟产生的向上气流。 另一种方法是,有规律的飞行编队有助于适当的间距、方向定位和群体交流。

每种益处的相对重要性无疑会随着各种因素的变化而变化,例如一年中的季节或个体飞行的目的。 例如,在当地觅食飞行期间,能量守恒可能远不如仔细的方向定位和避免碰撞重要。 另一方面,在长途迁徙期间,鸟群的每个成员都会通过优化其位置以节省能量而获得巨大的收益。

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大众科学杂志第 298 卷第 1 期本文最初以“请教专家”为标题发表于 《大众科学杂志》 第 298 卷第 1 期(),第 110 页
doi:10.1038/scientificamerican0108-110
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