Človeški nos: Naprave s kvantnim vonjem

Orangutani dišijo vrtnice

Tehnologija je človeštvu dala strojno alternativo, ki ima vse, razen enega vonja. Trenutne teorije niso mogle upoštevati naše sposobnosti zaznati na videz neskončno raznolikost novih vonjav iz omejenega repertoarja receptorjev. Če kemik sintetizira novo spojino, še nikoli videne na Zemlji, in jo naš vohalni sistem lahko zazna, naši možgani zanjo nazorno ustvarijo povsem novo izkušnjo. En človek, parfumer in biofizik po imenu Luca Turin, je v zadnjih dveh desetletjih sestavil zelo sporno teorijo, ki skuša razložiti, kako se vonji zaznavajo in prenašajo - iz molekul pretvorijo v nevronske konice. Ta teden je objavil neizpodbitne dokaze, ki bodo lahko njegove kritike enkrat za vselej utišali.



karvonaSkozi zgodovino se sprejemanje novih teorij ni zgodilo s pretvorbo njenih slabih oseb, temveč sčasoma . Novo spoznanje pogosto pretvori glavni argument proti novi teoriji v njen najmočnejši dokaz. Tak primer je pri določeni molekuli, imenovani karvona . Kot je prikazano na desni sliki, ima karvon dva enantiomera - z drugimi besedami, arome -, ki sta med seboj zrcalne slike. Nepojasnjeno je, da en enantiomer - R- oblika - diši po metini, medtem ko S- tvorijo vonj kumine ali kopra.



Tradicionalno ključavnico teorija vonja trdi, da se vonjave vežejo v usklajene žepe receptorjev, ki zaznajo oblike. Ta teorija dobro deluje za karvone, če obstajajo različni receptorji za vsako različico. Glavna omejitev koncepta ključavnice je, da obstaja veliko primerov, ko molekule s popolnoma različnimi oblikami dišijo podobno. Na primer, boran, ki nima žveplovih vezi, ima še vedno vonj po gnjelih jajcih, ki je običajno povezan s temi vezmi. Izkazalo se je, da ima boran podobne vrhove v infrardečem (IR) ali vibracijskem spektru, ki se prekrivajo z žveplovimi vezmi. Torino trdi, da ko se odorant veže v desni žep, lahko elektroni skozi njega preidejo na način, ki je odvisen od frekvence, pri kateri molekula notranje vibrira. Celoten vibracijski spekter bi bil razdeljen z vsakim receptorjem, ki bi mu ukazal majhen blok. Pri tej interpretaciji nos postane bolj ali manj kemični spektroskop.



vohalni receptorProblem karvona, ki ga predstavlja torinska teorija, je, da čeprav imajo zrcalne slike drugačen vonj, imajo enake IR spektre. V dramatično kontrapunkt tej navidezni oviri je Torino vzorcu koprovega karvona dodal butanol in zadišal po metini. Butanol ima enako vrsto vezi, ki jo najdemo v karvonu, vendar je dovolj majhen, da skupaj z njim zdrsne v žepe receptorjev. Kritiki so prestavili prestavo, ko so dokazali, da majhna molekula acetofenon diši enako kot ljudje, tudi če se njegov vibracijski spekter spremeni z nadomestitvijo nekaterih njegovih vodikov s težjimi atomi devterija. Ta zamenjava povzroči, da vezi molekule počasneje nihajo, kar učinkovito spreminja globalno valovanje celotne molekule in sposobnost elektronov, da skozinjo prehajajo. Torino je že pri Drosophili, sadni muhi, pokazal, da je mogoče deuterirane oblike acetofenona diskriminirati vsaj vedenjsko, vendar to ni ravno tako eksperimentalno prepričljivo kot človek, ki neposredno poroča, kaj diši.

olfaction-tun-rate_magnifiedTorinova mojstrovina, objavljena ta teden v Plos One, dokazuje, da ena granata ne uniči celotne utrdbe. Torino je domneval, da bi bila večja molekula, kot je mošus, z več točkami, ki bi se lahko uničile, bolj zaznavna za ljudi. Mošusne molekule so približno toliko velike, kolikor jih lahko dosežete, kolikor se lahko prilegajo vohalnim receptorjem. Pri teži skoraj 300Da (daltoni) jih večina težko štejemo za hlapne in ponavadi prebivajo na tleh ali se držijo predmetov, kot so drevesa. Samo nekaj molekul teh močnih in dragih stvari je vsaj za jelene ali divje prašiče dovolj, da lahko njihov svet zaokroži.



Za izločanje različnih in subtilnih oblik teh spojin iz posode, v kateri so bile kuhane, Torino uporablja plinski kromatograf. Da bi se izognili onesnaženju ali razgradnji vzorca, se vonjave pogosto porabijo čim hitreje iz izhodnih vrat stroja. Strokovnjaki preizkuševalcev v študiji so neobrnjene vzorce opisno ocenili kot domače ostre in mošusne, medtem ko so vsi vibracijsko spremenjeni vzorci dobili nov značaj, ujet samo z besedami, kot so orehova, pražena, mastna kovinska in ostra .



Tudi ta razlikovanja imajo še vedno subjektivnost in so pogosto razumljiva le tistim, ki imajo tako oster nos kot akutno opisno moč. Ko stara teorija popušča težko pridobljenim podatkom, zaznavanje stroja bo neposredni dobrotnik, medtem ko nam lahko kmalu sledi umetni nos, okrepljeno zaznavanje in boljše razumevanje, kako notranje pakiramo večje resničnosti naše čutne pokrajine. Popolnoma dekodiranje te skrivnostne moči ostaja zadnja meja čutne znanosti. Genom je zasut z neštetimi neaktivnimi receptorskimi beljakovinami, zavrženimi v zadnjem razvoju, skupaj z našimi atrofiranimi vohalnimi čebulicami primatov. Vohalni organ je privilegirano področje možganov, kjer se novi nevroni nenehno selijo in povezujejo, zaradi česar je privlačna regija za preučevanje regeneracije. Morebitna prerazporeditev izgubljene intuicije pasjega s pomočjo ustrezne tehnologije bo obogatila naše človeške izkušnje na načine, ki si jih lahko zdaj le predstavljamo.