Menneskelige neser: Kvanteluktende enheter

Orangutanger som lukter roser

Teknologien har gitt menneskeheten et maskinalternativ som best enhver sans bortsett fra en - lukt. Nåværende teorier har ikke vært i stand til å redegjøre for vår evne til å oppfatte et tilsynelatende uendelig utvalg av nye lukter fra et begrenset repertoar av reseptorer. Hvis en kjemiker syntetiserer en ny forbindelse som aldri har blitt sett på jorden, og vårt olfaktoriske system kan oppdage det, produserer hjernen vår en helt ny opplevelse for det. En mann, en parfymer og biofysiker som heter Luca Turin, har de siste to tiårene samlet en sterkt omstridt teori som søker å forklare hvordan lukt blir oppdaget og transdusert - konvertert fra molekyler til nevrale pigger. Denne uken publiserte han ubestridelige bevis som kan dempe hans mange kritikere en gang for alle.

carvoneGjennom historien har aksept av nye teorier ikke skjedd gjennom konvertering av dets motstandere, men fordi de til slutt de . Ny innsikt overfører ofte hovedargumentet mot en ny teori til sitt mektigste bevis. Slik er tilfellet med et bestemt molekyl kjent som carvone . Som vist på bildet til høyre, kommer carvone i to enantiomerer - med andre ord smaker - som er speilbilder av hverandre. Uforklarlig, en enantiomer - R- form - lukter av mynte, mens S- danne lukt av karve eller dill.



Det tradisjonelle Lås og nøkkel teorien om lukt hevder at luktstoffer binder seg i matchede reseptorlommer som oppdager former. Denne teorien fungerer bra for carvone så lenge det er forskjellige reseptorer for hver versjon. Hovedbegrensningen med lås og nøkkelkonsept er at det er mange eksempler der molekyler med helt forskjellige former lukter likt. For eksempel har boran, som mangler svovelbindinger, fremdeles den råtne eggelukten som normalt er knyttet til disse bindingene. Det viser seg at boran har lignende topper i det infrarøde (IR) eller vibrasjonsspekteret som overlapper svovelbindingen. Torino hevder at når et luktmiddel binder seg i høyre lomme, kan elektroner tunnel gjennom det på en måte som avhenger av hvor ofte molekylet vibrerer. Hele vibrasjonsspekteret vil bli delt opp med hver reseptor som styrer en liten chuck av den. I denne tolkningen blir nesen mer eller mindre et kjemisk spektroskop.



olfaktorisk reseptorProblemet karvonen presenterer for Torins teori er at selv om speilbildene lukter annerledes, har de identiske IR-spektrum. I dramatisk motsetning til denne tilsynelatende veisperringen la Torino til butanol i en prøve av dillkarvon og fikk den til å lukte som mynte. Butanol har samme type binding som finnes i karvon, men den er liten nok til å gli inn i reseptorlommene sammen med den. Kritikerne skiftet tannhjul ved å demonstrere at det lille molekylet acetofenon lukter det samme for mennesker, selv når vibrasjonsspekteret endres ved å erstatte noen av dets hydrogener med tyngre deuteriumatomer. Denne substitusjonen får bindinger av molekylet til å svinge seg saktere, og effektivt endre den globale bølgingen av hele molekylet og evnen til elektroner å tunnelere gjennom det. Torino hadde allerede vist i Drosophila, fruktflua, at deutererte former for acetofenon kunne diskrimineres i det minste atferdsmessig, men det er ikke like eksperimentelt overbevisende som et menneske som direkte rapporterer hva de lukter.

olfaction-tun-rates_magnifiedTorins mesterstrek, publisert denne uken i Plos One, demonstrerer at en granat ikke tar ned hele fortet. Torino antydet at et større molekyl som en moskus, med flere punkter som kan deutereres, ville være mer påviselig for mennesker. Muskemolekyler er omtrent like store som du kan komme så langt som å kunne passe inn i luktreseptorer. Med en vekt på nesten 300Da (dalton), kan de fleste av dem neppe betraktes som flyktige og har en tendens til å ligge på bakken eller holde seg til gjenstander som trær. Bare et par molekyler av disse potente og dyre tingene, i det minste for hjort eller villsvin, er nok nok til at verden kan gå rundt.



For å trekke ut de forskjellige og subtile formene av disse forbindelsene fra fartøyet der de ble brygget, bruker Torino en gasskromatograf. For å unngå forurensning eller nedbrytning av prøvene blir luktene fortært direkte fra maskinens utgangsport så raskt som mulig. Ekspertstesterne i studien vurderte de uutviklede prøvene beskrivende som kjent skarpe og musky, mens alle de vibrasjonsmodifiserte prøvene fikk ny karakter fanget bare gjennom ord som nøtteaktig, stekt, fet metallisk og tøff .

Selv disse skillene har fortsatt en luft av subjektivitet og blir ofte bare gjort forståelige av de som har både en skarp nese og akutt beskrivende kraft. Som gammel teori gir hardt vunnet data, maskinføling vil være den umiddelbare velgjøreren, mens den kunstige nesen for oss, forbedret oppfatning og større forståelse for hvordan vi internt pakker de større realitetene i vårt sanselandskap snart kan følge. Å fullstendig avkode denne mystiske dyktigheten er fortsatt den siste grensen for sensorisk vitenskap. Genomet er fulle av utallige nedlagte reseptorproteiner som er kastet til side i den siste utviklingen sammen med de atrofierte primatluktene. Luktorganet er et privilegert område i hjernen der nye nevroner kontinuerlig vandrer og kobles sammen, noe som gjør det til et attraktivt område for studier av regenerering. Eventuell omplassering av de tapte intuisjonene av hunden gjennom riktig teknologi vil berike vår menneskelige erfaring på måter vi bare nå kan forestille oss.

Copyright © Alle Rettigheter Reservert | 2007es.com