研究支持量子振动气味理论

好的气味源于好的振动吗?

嗅觉是如何运作的?如今,关于这个问题,科学家们分成了两个相互竞争的阵营。而更具争议的理论刚刚获得了重要的新的实验证实。

争议的焦点在于我们的鼻子是否使用精密的量子机制来感知气味分子(又称气味剂)的振动。换句话说,鼻子是否通过像“敲钟”一样“振动”来读取神秘气味剂的化学成分——比如,一阵香水味或枯萎生菜的气味?化学和法医实验室经常使用光谱仪进行这种操作——光谱仪将红外光反射到神秘物质上,以揭示光引起的明显的振动。根据气味振动理论,嗅觉可能使用微小的电子流而不是红外光子来做同样的事情(请参阅之前关于振动理论的报道 这里)。

当今占主导地位的气味理论认为:不可能。它认为,世界上数百万种不同的气味剂更像是拼图碎片。我们的鼻子包含许多不同类型的受体,每种受体都倾向于与特定类型的碎片结合。因此,当一个设置为与称为柠檬烯的分子结合的受体发现该化合物时,它会向我们的大脑发送信号,这就是柑橘气味背后的线索之一。同样,同样的受体不会与硫化氢结合——硫化氢闻起来像臭鸡蛋。


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因此,标准理论的倡导者认为,受体和气味剂之间熟悉的化学相互作用足以解释嗅觉。不需要花哨的量子振动理论。

然而,这里有一个转折:气味分子通常含有许多氢原子。而氢有多种形式,每种形式在化学上都非常相似。但是,氢的这些不同同位素确实会强烈影响分子的振动方式。因此,含有氢核(既有质子又有中子)的氘(而不是只有质子的普通氢),可能有助于科学家区分所提出的振动理论和标准的化学结合嗅觉理论。

根据今天发表在PLoSONE上的新研究,人类的鼻子至少可以嗅出某些类型的氘的存在。具体来说,实验者发现,常规的麝香分子与含有氘的麝香分子闻起来不同。希腊亚历山大·弗莱明生物医学科学研究中心的Luca Turin研究员说,“氘化”麝香失去了大部分的麝香气味,反而带有一些燃烧蜡烛的余味。

Turin说,这一发现代表了振动理论的胜利。而且,他补充说,当你考虑到我们嗅觉能力的目的时,这是有道理的——无论其机制如何。自然界包含数百万种分子。有些对我们有益,有些则有害。鼻子有助于区分它们。Turin说:“嗅觉试图像一个分析化学家。”“它试图识别未知物。”化学家使用光谱仪识别未知物。根据振动理论,嗅觉受体就像微小的湿件光谱仪。

Turin的论据中,还有2011年在《美国国家科学院院刊》上的一项发现,该发现表明,果蝇也可以闻出一种名为苯乙酮(对人类来说闻起来是甜的)的分子与其氘化表亲之间的差异。

纽约州奥尔巴尼大学的化学教授埃里克·布洛克说,这都很好。但是,他说,这几乎不能证明振动理论,该理论面临一些相反的证据。例如,他指出,Turin曾经声称人类,像果蝇一样,可以从普通物质中嗅出氘化版本的苯乙酮分子,但是在2004年,《自然神经科学》发表了一个相反的主张,即人类的鼻子闻不出苯乙酮中氘的存在(《大众科学》是自然出版集团的一部分)。而且,Turin本人在他的新论文中说,他已经证实了2004年的否定发现,尽管他认为他对失败有解释:氘化苯乙酮中氘的含量相对较少,因此可能会产生微弱的振动信号,该信号对于人类来说太弱而无法检测到。布洛克说,Turin不能两者兼顾:要么鼻子可以闻到氘,要么不能。

同时,威尔士卡迪夫大学的嗅觉生物学家蒂姆·雅各布说,臭鸡蛋的气味是振动理论吸引力的一个很好的例子。硫是腐烂有机物的化学标志,这对我们来说是危险的。他说,含有硫的分子几乎总是闻起来很糟糕,就像进化正确地工作以有利于我们的生存一样。

但是,硫并没有普遍赋予每种气味分子以单一的形状或简单的化学性质。另一方面,硫确实会向分子添加特征性振动,而分子振动敏感的鼻子可能会检测到这些振动。雅各布说:“我进行所有研究都不需要知道哪个模型最准确地描述了正在发生的事情。” 但是,他说起振动理论时,“从生物学的角度来看,它具有很大的兴趣。”

这让这场争斗的粉丝们继续观看和思考:哪一方将最终得分,获得决定性的胜利?谁又需要闻嗅盐?

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