Ľudské nosy: Kvantové vône

Technológia poskytla ľudstvu alternatívu stroja, ktorá najlepšie vystihuje všetky zmysly okrem jedného - vôňu. Súčasné teórie nedokázali vysvetliť našu schopnosť vnímať zdanlivo nekonečnú škálu nových vôní z obmedzeného repertoáru receptorov. Ak chemik syntetizuje novú zlúčeninu, ktorá na Zemi nikdy predtým nebola, a náš čuchový systém ju dokáže zistiť, náš mozog pre ňu živo vyrobí úplne nový zážitok. Jeden muž, parfumér a biofyzik menom Luca Turin, zostavil za posledné dve desaťročia vysoko spornú teóriu, ktorá sa snaží vysvetliť, ako sú pachy detekované a transdukované - konvertované z molekúl na neurálne hroty. Tento týždeň zverejnil nespochybniteľné dôkazy, ktoré môžu jeho mnohých kritikov raz a navždy umlčať.

V priebehu histórie k prijímaniu nových teórií nedošlo prostredníctvom premeny jej neprajníkov, ale preto, že nakoniec k nim došlo , Nový pohľad často premieňa hlavný argument proti novej teórii na jej najsilnejší dôkaz. To je prípad konkrétnej molekuly známej ako karvón , Ako je znázornené na obrázku vpravo, karvón sa dodáva v dvoch enantioméroch - inými slovami v príchutiach - ktoré sú navzájom zrkadlovými obrazmi. Jeden z enantiomérov - R- forma - vonia po mäte piepornej, zatiaľ čo S- tvoria vôňu rasce alebo kôpru.

Tradičné zámok a kľúč teória vône tvrdí, že odoranty sa viažu do zladených vreciek receptora, ktoré detekujú tvary. Táto teória funguje dobre pre karvón, pokiaľ pre každú verziu existujú rôzne receptory. Hlavné obmedzenie koncepcie zámku a kľúča je, že existuje veľa príkladov, keď molekuly úplne odlišných tvarov vonia podobne. Napríklad borán, ktorý postráda akékoľvek väzby síry, má stále zápach hnilého vajca, ktorý je s týmito väzbami bežne spojený. Ukazuje sa, že borán má podobné vrcholy vo svojom infračervenom (IR) alebo vibračnom spektre, ktoré sa prekrývajú so špičkami sírnych väzieb. Turín tvrdí, že keď sa odorant naviaže na pravé vrecko, elektróny ho môžu tunelovať spôsobom, ktorý závisí od frekvencie, s ktorou molekula skutočne vibruje. Celé vibračné spektrum by sa rozdelilo tak, aby každý receptor ovládal jeho malé skľučovadlo. Pri tejto interpretácii sa nos stáva viac-menej chemickým spektroskopom.

Problém karvónu, ktorý predstavuje turínska teória, je, že hoci zrkadlové obrazy vonia odlišne, majú identické IČ spektrum. V dramatickom kontrapunte k tejto zdanlivej prekážke pridal Turín do vzorky kôprového karvónu butanol a navoňal mu vôňu mäty piepornej. Butanol má rovnaký druh väzby, aký sa nachádza v karvone, ale je dostatočne malý na to, aby spolu s ním vkĺzol do vreciek receptora. Kritici zaradili vyššiu rýchlosť tým, že preukázali, že malá molekula acetofenónu u ľudí vonia rovnako, aj keď sa jeho vibračné spektrum zmení nahradením niektorých jeho vodíkov ťažšími atómami deutéria. Táto substitúcia spôsobuje, že väzby molekuly oscilujú pomalšie, čo účinne mení globálne zvlnenie celej molekuly a schopnosť elektrónov cez ňu tunelovať. Turín už v ovocnej muške Drosophila ukázal, že deuterované formy acetofenónu je možné diskriminovať prinajmenšom správaním, ale to nie je tak experimentálne presvedčivé ako človek, ktorý priamo hlási, čo cítia.

Turínsky hlavný ťah, ktorý bol tento týždeň zverejnený v Plos One, ukazuje, že jeden granát nezrúti celú pevnosť. Turín predpokladal, že väčšia molekula ako pižmo s viac bodmi, ktoré by sa dali deuterovať, bude pre človeka zistiteľnejšia. Molekuly pižma sú asi také veľké, ako sa len môžete dostať dovnútra čuchových receptorov. Pri hmotnosti takmer 300 Da (daltonov) možno väčšinu z nich ťažko považovať za prchavú a majú tendenciu zdržiavať sa na zemi alebo sa držať predmetov, ako sú stromy. Iba pár molekúl tohto silného a drahého materiálu je, aspoň pre jeleňa alebo diviaka, dosť na to, aby obišiel ich svet.

Na vyprázdnenie rôznych a jemných foriem týchto zlúčenín z nádoby, v ktorej sa varili, používa Turín plynový chromatograf. Aby sa zabránilo akejkoľvek kontaminácii alebo znehodnoteniu vzorky, sú vonné látky často spotrebované priamo z výstupného otvoru stroja čo najrýchlejšie. Odborní testéri v štúdii deskriptívne vyhodnotili nedeuterované vzorky ako známe štipľavé a pižmové, zatiaľ čo všetky vibračne upravené vzorky získali nový charakter zachytený iba slovami ako orechová, pražená, olejovitá metalíza a drsná ,

Aj tieto rozdiely majú stále subjektívny charakter a často ich robia zrozumiteľnými iba tí, ktorí majú bystrý nos a ostrú popisnú silu. Keď sa stará teória vzdáva ťažko získaných údajov, snímanie stroja bude okamžitým dobrodincom, zatiaľ čo pre nás čoskoro môže nasledovať umelý nos, lepšie vnímanie a lepšie pochopenie toho, ako vnútorne balíme väčšie reality našej senzorickej krajiny. Úplné dekódovanie tejto záhadnej schopnosti zostáva poslednou hranicou senzorickej vedy. Genóm je posiaty nespočetnými zaniknutými receptorovými proteínmi odloženými v nedávnej evolúcii spolu s našimi atrofovanými čuchovými žiarovkami primátov. Čuchový orgán je privilegovanou oblasťou mozgu, kde nové neuróny neustále migrujú a vzájomne sa prepájajú, čo z neho robí atraktívnu oblasť pre štúdium regenerácie. Prípadné opätovné použitie stratených intuícií psa pomocou správnej technológie obohatí našu ľudskú skúsenosť spôsobmi, ktoré si až teraz dokážeme predstaviť.