أنوف الإنسان: أجهزة الشم الكمومية

انسان الغاب يشم رائحة الورود

لقد أعطت التكنولوجيا البشرية بديلاً آليًا أفضل من كل حاسة باستثناء رائحة واحدة. لم تتمكن النظريات الحالية من تفسير قدرتنا على إدراك مجموعة متنوعة لا حصر لها على ما يبدو من الروائح الجديدة من ذخيرة محدودة من المستقبلات. إذا قام الكيميائي بتجميع مركب جديد لم يسبق له مثيل على الأرض ، وكان بإمكان نظام حاسة الشم لدينا اكتشافه ، فإن أدمغتنا تصنع بشكل واضح تجربة جديدة تمامًا له. قام رجل واحد ، وهو صانع عطور وعالم فيزياء حيوية يُدعى لوكا تورين ، على مدى العقدين الماضيين بتجميع نظرية مثيرة للجدل بشدة تسعى إلى شرح كيفية اكتشاف الروائح وتحويلها - وتحويلها من جزيئات إلى طفرات عصبية. نشر هذا الأسبوع أدلة لا جدال فيها من شأنها إسكات العديد من منتقديه بشكل نهائي.

كارفونيعلى مر التاريخ ، لم يتم قبول النظريات الجديدة من خلال تحويل منتقديها ، ولكن لأنها في نهاية المطاف ال. البصيرة الجديدة كثيرًا ما تحول الحجة الرئيسية ضد نظرية جديدة إلى أقوى دليل لها. هذا هو الحال مع جزيء معين معروف باسم كارفوني. كما هو موضح في الصورة إلى اليمين ، يأتي كارفون في متضادتين - وبعبارة أخرى ، نكهات - وهما صورتان معكوسة لبعضهما البعض. لسبب غير مفهوم ، متماثل واحد هو ص- شكل - رائحة النعناع ، بينما س- تشكل روائح الكراوية أو الشبت.



التقليدية قفل و مفتاح تنص نظرية الشم على أن الروائح ترتبط بجيوب المستقبلات المتطابقة التي تكتشف الأشكال. تعمل هذه النظرية بشكل جيد مع carvone طالما أن هناك مستقبلات مختلفة لكل إصدار. القيد الرئيسي لمفهوم القفل والمفتاح هو أن هناك العديد من الأمثلة حيث الجزيئات ذات الأشكال المختلفة تمامًا تشم رائحة مماثلة. على سبيل المثال ، البوران ، الذي يفتقر إلى أي روابط كبريتية ، لا يزال يحمل رائحة البيض الفاسد المرتبطة عادةً بتلك الروابط. اتضح أن البوران له قمم مماثلة في الأشعة تحت الحمراء (IR) أو الطيف الاهتزازي الذي يتداخل مع روابط الكبريت. يؤكد تورينو أنه عندما ترتبط الرائحة بالجيب الأيمن ، يمكن للإلكترونات أن تخترقها بطريقة تعتمد على التردد الذي يهتز فيه الجزيء جوهريًا. سيتم تقسيم الطيف الاهتزازي بأكمله مع كل مستقبل يأمر بظرف صغير منه. في هذا التفسير ، يصبح الأنف أكثر أو أقل مطيافًا كيميائيًا.



مستقبلات شميةالمشكلة التي يقدمها كارفون لنظرية تورين هي أنه على الرغم من اختلاف رائحة الصور المرآة ، إلا أنها تمتلك أطياف الأشعة تحت الحمراء المتطابقة. في تناقض دراماتيكي مع هذا الحاجز الظاهر ، أضاف تورين البوتانول إلى عينة من كارفون الشبت وجعلها تشبه رائحة النعناع. يحتوي البوتانول على نفس النوع من الرابطة الموجودة في الكارفون ولكنه صغير بما يكفي للانزلاق في جيوب المستقبل معه. قام النقاد بتغيير التروس من خلال إثبات أن جزيء الأسيتوفينون الصغير له نفس الرائحة للإنسان حتى عندما يتغير طيفه الاهتزازي عن طريق استبدال بعض الهيدروجين بذرات ديوتيريوم أثقل. يؤدي هذا الاستبدال إلى تذبذب روابط الجزيء بشكل أبطأ ، مما يغير بشكل فعال التموج العالمي للجزيء بأكمله وقدرة الإلكترونات على المرور عبره. لقد أظهر تورين بالفعل في ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة ، أن الأشكال المفسدة من الأسيتوفينون يمكن تمييزها على الأقل من الناحية السلوكية ، لكن هذا ليس مقنعًا تجريبيًا مثل الإنسان الذي يبلغ مباشرة عن رائحته.

معدلات الشم - تضخمتُظهر ضربة تورين الرئيسية ، التي نُشرت هذا الأسبوع في Plos One ، أن قنبلة يدوية واحدة لا تسقط الحصن بأكمله. افترض تورين أن الجزيء الأكبر مثل المسك ، مع المزيد من النقاط التي يمكن أن تتحلل ، سيكون أكثر قابلية للاكتشاف لدى البشر. جزيئات المسك كبيرة بقدر ما تستطيع أن تتسع داخل المستقبلات الشمية. بوزن يقارب 300 دالتون (daltons) ، بالكاد يمكن اعتبار معظمها متقلبة وتميل إلى الإقامة على الأرض أو الالتصاق بأشياء مثل الأشجار. مجرد جزيئين من هذه الأشياء القوية والمكلفة ، على الأقل للغزلان أو الخنازير البرية ، يكفي لجعل عالمهم يدور.



لاستخراج الأشكال المختلفة والرائعة من هذه المركبات من الوعاء الذي تم تخميرها فيه ، تستخدم تورين كروماتوجراف غاز. لتجنب أي تلوث أو تدهور للعينة ، غالبًا ما يتم استهلاك الروائح مباشرة من منفذ خروج الماكينة في أسرع وقت ممكن. قام المختبرون الخبراء في الدراسة بتقييم وصفي للعينات غير المبللة على أنها لاذعة ومسكة بشكل مألوف ، بينما أخذت جميع العينات المعدلة اهتزازيًا شخصية جديدة تم التقاطها فقط من خلال كلمات مثل جوزي ، محمص ، زيتي معدني وقاسي.

حتى هذه الفروق لا تزال تتمتع بجو من الذاتية وغالبًا ما تكون مفهومة فقط من قبل أولئك الذين يمتلكون أنفًا حادًا وقوة وصفية حادة. نظرًا لأن النظرية القديمة تخضع للبيانات التي تم الحصول عليها بشق الأنفس استشعار الآلة سيكون المستفيد المباشر ، بينما بالنسبة لنا ، قد يتبع ذلك قريبًا الأنف الاصطناعي ، والإدراك المعزز ، والفهم الأكبر لكيفية تجميع الحقائق الأكبر لمشهدنا الحسي داخليًا. يظل فك شفرة هذه البراعة الغامضة بالكامل هو الحد الأخير لعلم الحواس. يتناثر الجينوم مع عدد لا يحصى من بروتينات المستقبلات البائدة التي تم التخلي عنها في التطور الأخير جنبًا إلى جنب مع بصيلات حاسة الشم الرئيسية الضامرة. العضو الشمي هو منطقة مميزة في الدماغ حيث تهاجر الخلايا العصبية الجديدة باستمرار وتتصل فيما بينها مما يجعلها منطقة جذابة لدراسة التجديد. إن إعادة الانتشار في نهاية المطاف للحدس الضائع للكلاب من خلال التكنولوجيا المناسبة ستثري تجربتنا البشرية بطرق لا يمكننا تخيلها إلا الآن.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com