Ljudski nosovi: uređaji s kvantnim mirisom

Orangutani koji mirišu ruže

Tehnologija je čovječanstvu dala alternativu stroju koji ima svako čulo osim jednog - mirisa. Trenutne teorije nisu u stanju objasniti našu sposobnost opažanja naizgled beskonačne raznolikosti novih mirisa iz ograničenog repertoara receptora. Ako kemičar sintetizira novi spoj koji nikada prije nije viđen na Zemlji, a naš njušni sustav to može otkriti, naš mozak za njega živo proizvodi potpuno novo iskustvo. Jedan čovjek, parfumer i biofizičar po imenu Luca Turin, tijekom posljednja dva desetljeća sastavio je vrlo osporavanu teoriju koja pokušava objasniti kako se mirisi otkrivaju i transduciraju - pretvaraju iz molekula u živčane šiljke. Ovaj je tjedan objavio nepobitne dokaze koji će možda jednom zauvijek ušutkati njegove brojne kritičare.

karvonaKroz povijest se prihvatanje novih teorija nije događalo pretvaranjem njihovih klevetnika, već zato što su na kraju i oni . Novi uvid često pretvara glavni argument protiv nove teorije u njezin najsnažniji dokaz. Takav je slučaj s određenom molekulom poznatom kao karvona. Kao što je prikazano na slici desno, karvon dolazi u dva enantiomera - drugim riječima, okusima - koji međusobno zrcalno odražavaju. Neobjašnjivo, jedan enantiomer - R- oblik - miriše na metvicu, dok S- oblikuju mirise kima ili kopra.

Tradicionalno bravu i ključ teorija mirisa drži da se odranci vežu u odgovarajuće džepove receptora koji otkrivaju oblike. Ova teorija dobro funkcionira za karvone sve dok postoje različiti receptori za svaku verziju. Glavno ograničenje koncepta brave i ključa jest to što postoji mnogo primjera gdje molekule potpuno različitih oblika slično mirišu. Na primjer, boran, kojem nedostaju sumporne veze, još uvijek ima miris trulog jaja koji je normalno povezan s tim vezama. Ispada da boran ima slične vrhove u svom infracrvenom (IR) ili vibracijskom spektru koji se preklapaju s onima sumpornih veza. Torino tvrdi da kad se odorant veže u desni džep, elektroni ga mogu tunelirati na način koji ovisi o frekvenciji kojom molekula suštinski vibrira. Cijeli vibracijski spektar podijelio bi se sa svakim receptorom koji bi mu zapovijedao malim dijelom. U ovom tumačenju, nos postaje više-manje kemijski spektroskop.



njušni-receptorProblem koji karvon predstavlja u Torinovoj teoriji jest taj da, iako zrcalne slike različito mirišu, posjeduju identične IR spektre. Kao dramatičan kontrapunkt ovoj naizgled zapreci, Torino je uzorak karvona kopra dodao butanol i učinio da miriše na metvicu. Butanol ima istu vrstu veze koja se nalazi u karvonu, ali je dovoljno mali da zajedno s njim sklizne u džepove receptora. Kritičari su promijenili brzinu demonstrirajući da mala molekula acetofenona jednako miriše i na ljude čak i kad se njezin vibracijski spektar promijeni zamjenom nekih njegovih vodika težim atomima deuterija. Ova supstitucija uzrokuje da veze molekule sporije osciliraju, učinkovito mijenjajući globalnu valovitost cijele molekule i sposobnost elektrona da kroz nju prolaze. Torino je već pokazao u Drosophili, voćnoj muhi, da se deuterirani oblici acetofenona mogu diskriminirati barem bihevioralno, ali to jednostavno nije toliko eksperimentalno uvjerljivo kao čovjek koji izravno izvještava o svom mirisu.

olfaction-tun-rate_magnifiedTorinsko masterstroke, objavljeno ovog tjedna u Plos One, pokazuje da jedna granata ne sruši cijelu utvrdu. Torino je pretpostavio da bi veća molekula poput mošusa, s više točaka koje bi mogle biti deuterirane, bila uočljivija za ljude. Molekule mošusa su otprilike toliko velike koliko možete doseći koliko se mogu uklopiti u njušne receptore. S težinom od gotovo 300Da (daltona), većina ih se teško može smatrati hlapljivima i imaju tendenciju da borave na zemlji ili se drže predmeta poput drveća. Samo nekoliko molekula ove moćne i skupe stvari je, barem za jelena ili divlju svinju, dovoljno za pokretanje njihova svijeta.

Da bi izvukao razne i suptilne oblike ovih spojeva iz posude u kojoj su kuhani, Torino koristi plinski kromatograf. Kako bi se izbjegla kontaminacija ili propadanje uzorka, odranici se često troše izravno iz izlaznog otvora stroja što je brže moguće. Stručnjaci ispitivači u studiji opisno su procijenili neutemerene uzorke kao oštro oštre i mošusne, dok su svi vibracijski modificirani uzorci poprimili novi karakter uhvaćen samo riječima poput orašasto, prženo, masno metalik i grubo.

Čak i ove razlike još uvijek imaju prizvuk subjektivnosti, a često ih čine razumljivima samo oni koji posjeduju i oštar nos i akutnu opisnu moć. Kako stara teorija ustupa teško dobivenim podacima, osjetnik stroja bit će neposredni dobrotvor, dok će za nas uskoro moći uslijediti umjetni nos, pojačana percepcija i veće razumijevanje načina na koji interno pakiramo veće stvarnosti našeg osjetilnog krajolika. Potpuno dekodiranje ove tajanstvene snage ostaje konačna granica osjetilne znanosti. Genom je prepun nebrojenih proteina receptora koji su odbačeni u nedavnoj evoluciji, zajedno s našim atrofiranim mirisnim žaruljama primata. Njušni organ privilegirano je područje mozga gdje se novi neuroni neprestano migriraju i međusobno povezuju što ga čini privlačnim područjem za proučavanje regeneracije. Eventualna preraspodjela izgubljenih intuicija pasa pomoću odgovarajuće tehnologije obogatit će naše ljudsko iskustvo na načine koje tek sada možemo zamisliti.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com