量子振动是否为嗅觉提供动力?

争议性理论获得物理学家认可

加入我们的科学爱好者社区!

闻到了吗?这是某种气味,它正为一种备受争议的嗅觉理论增加可信度,该理论将分子振动置于中心位置。物理学家现在已经分析了所提出的机制,并认为它似乎是合理的。

生物物理学家和调香师卢卡·图林开发了这个理论,他说,新的计算绝非证明了该理论,但它们增加了该理论的合法性。“大多数人可能会觉得,如果这有可能实现,进化已经设法利用了它。”

问题是:我们鼻子中的受体究竟接收到气味分子(或气味物质)的哪种属性?目前主流但仍未被证实的嗅觉解释认为形状是关键,受体像锁一样与分子的钥匙部分契合。但形状理论无法解释为什么一些形状几乎相同的分子气味却截然不同,例如闻起来像伏特加的乙醇和闻起来像臭鸡蛋的乙硫醇。


支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事能够拥有未来。


图林在1996年提出的,现在已成为两本畅销书主题的更具争议性的理论则认为,气味受体感知的是分子原子的抖动方式。图林说,分子的形状仍然起作用,因为它决定了气味物质的整体振动频率。但他不知道所有细节是如何结合在一起的。

伦敦大学学院的物理学家马歇尔·斯通汉姆和他的同事报告说,他们已经基于所谓的 G 蛋白偶联受体的特性构建了一种特定的机制,这些受体从鼻子内部的嗅觉细胞突出。

研究人员设想,气味物质适合于一个供体电子的位点和一个受体电子的位点之间的位置。在这个模型中,当电子从供体跃迁到受体时,受体就会被激活。该小组计算出,电子可以通过气味物质造成的屏障“隧道”穿过,这是一种由量子力学效应使之成为可能的效果,他们在一篇被接受在《物理评论快报》上发表的预印本中写道。

在隧道穿透之前,电子会扭曲气味分子的电场。当它隧道穿透时,它实际上消失了,导致电场像拨动的琴弦一样摆动,图林解释说。如果拨动与分子的自然振动模式相匹配,则很可能发生隧道效应。

斯通汉姆说,这种效应更像是“刷卡”,而不是“锁和钥匙”,他补充说,当他十年前第一次见到图林时,他对这个想法持怀疑态度。“数字计算的结果表明,这看起来是一个完全可信的机制。我们不能百分之百确定的原因是,我们不知道受体的详细结构。”

麻省理工学院的生物化学家张曙光说,“这为制定更好的图林理论测试方法提供了第一步”,他的实验室正在探索这个想法。“至少它表明另一种理论是可能的。”

图林说,到目前为止,对他理论的最有力检验来自一些研究,在这些研究中,研究人员用该原子的同位素替换了气味物质的原子,同位素的重量略有不同,并改变了分子的振动频率。他说,在动物身上,他的预测是成立的,但在人身上,证据是混杂的。

例如,2004 年发表在《自然-神经科学》杂志上的一项研究发现,人们无法区分两种这样的气味物质。一篇随附的社论评论说,“该理论受到了不加批判的记者非同寻常且不恰当的宣传。”

当然,社论也总结说,“在某种意义上,公众是否相信嗅觉的振动理论并不重要;真相最终会水落石出。” 新的模型可能会加速那一天到来。

© . All rights reserved.