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我們如何記住氣味這麼久,如果嗅覺感覺神經元只能存活大約 60 天? ——A. A. Bozorgi,加利福尼亞州歐文市

唐納德·A·威爾遜,俄克拉荷馬大學的動物學教授,也是《學習氣味》(約翰·霍普金斯大學出版社,2006 年)的合著者,回覆道:

我們能夠識別舊的氣味,儘管至少一部分最初與該氣味相互作用的嗅覺感覺神經元已被替換,這是因為嗅覺系統內的整體活動模式在一段時間內保持相對恆定。


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嗅覺感覺神經元位於鼻子後部的粘液中,並透過軸突(手指狀突起,將資訊從細胞體向外傳遞)將資料傳遞到大腦,它們是已知會在整個生命週期中死亡和被替換的神經元型別中數量不斷增加的一種。 幸運的是,它們並非同時全部死亡,並且有成千上萬的嗅覺感覺神經元對任何給定的氣味作出反應。

2004 年諾貝爾生理學或醫學獎授予琳達·巴克和理查德·阿克塞爾,以表彰他們 1991 年的研究,該研究表明存在一個龐大的基因家族,這些基因編碼稱為嗅覺受體的蛋白質。 他們的一項重要觀察是,單個嗅覺感覺神經元通常只表達這些基因中的一個。 也就是說,來自給定神經元的訊號提供有關啟用該細胞表達的特定受體蛋白的氣味的資訊。 事實上,當表達特定受體基因的嗅覺感覺神經元死亡,而表達相同基因的新神經元成熟時,新神經元的軸突會插入與其前身相同的嗅球神經元群。 儘管持續重新佈線,但這種現象導致了多年來顯著的模式穩定性。

然而,單個受體蛋白似乎會結合(或識別)許多不同的氣味。 因此,大多數單個細胞(透過其受體)對來自這些物體的揮發性化學物質的亞分子特徵作出反應,而不是擁有選擇性地對咖啡、香草或波爾多作出反應的神經元。 例如,嗅覺感覺受體神經元可能對特定長度的碳氫鏈或特定的官能團(如醇或醛)作出反應。

因此,只要任何給定的感覺神經元與許多不同的氣味共享一個共同特徵,它就會對這些氣味作出反應。 然後,大腦(具體而言,嗅球和嗅覺皮層)會檢視在任何給定時間啟用的感覺神經元的組合並解釋該模式; 大腦的解釋就是您感知到的氣味。 由於有如此多的輸入促成氣味模式的形成,少量成分的缺失不會明顯改變模式或大腦的感知。

為什麼候鳥以 V 字形編隊飛行? ——J. F. Bowman,加利福尼亞州科特馬德拉

布魯斯·巴特,他於 2007 年從位於田納西州孟菲斯的溼地保護組織 Ducks Unlimited 首席生物學家的職位上退休,他提供了以下解釋:

對於鳥類以編隊飛行有兩個有充分支援且互補的解釋。(V 字形和 J 字形結構都是候鳥典型的且容易識別的飛行編隊;研究表明,J 字形編隊實際上比真正的 V 字形結構更常見。)解釋這種現象的一種方法是,跟隨者受益於領頭鳥產生的向上氣流。 另一種方法是,有規律的飛行編隊有助於適當的間距、方向定位和群體交流。

每種益處的相對重要性無疑會隨著各種因素的變化而變化,例如一年中的季節或個體飛行的目的。 例如,在當地覓食飛行期間,能量守恆可能遠不如仔細的方向定位和避免碰撞重要。 另一方面,在長途遷徙期間,鳥群的每個成員都會透過最佳化其位置以節省能量而獲得巨大的收益。

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大眾科學雜誌第 298 卷第 1 期本文最初以“請教專家”為標題發表於 《大眾科學雜誌》 第 298 卷第 1 期(),第 110 頁
doi:10.1038/scientificamerican0108-110
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