這個週末，孩子們將帶著枕套和塑膠南瓜，收穫數百萬磅萬聖節糖果，這些糖果散發出熟悉的香味，如巧克力、花生醬和奢華、獨特誘人的焦糖香味。直到最近，科學家們還不知道人類是如何精確地處理這種濃郁的黃油香味的。但現在，一項發表在Journal of Agricultural and Food Chemistry上的新研究指出了負責檢測它的特定感測器，稱為嗅覺受體。
卡達Sidra Medicine的神經遺傳學家路易斯·薩拉瓦（Luis Saraiva）沒有參與這項新研究，他說研究估計人類可以區分10,000到一萬億種不同的氣味分子，科學家們將這些氣味分子命名為具有氣味的空氣傳播化學物質。如此精細的區分是透過鼻子上方稱為嗅覺神經元的特殊腦細胞發生的，這些神經元一直穿過頭骨上的微小孔洞，直接進入大腦。當吸入的氣味分子與神經元相應的嗅覺受體結合時，神經元就會放電，大腦會將其與氣味或感知到的氣味相匹配。“你聞到一種分子，”薩拉瓦說，“然後你會說，‘哦，這聞起來像薄荷，或者像焦糖。’”
每個嗅覺神經元都使用大約400種不同型別的嗅覺受體來感知分子，而鼻子中啟用的這些神經元的各種組合使我們能夠區分各種不同的氣味——並知道孩子們何時在睡前偷吃糖果。
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但是，確切知道每個受體識別哪種化學物質並非易事。慕尼黑工業大學的分子細胞生物學家、主要作者迪特瑪爾·克勞特伍斯特（Dietmar Krautwurst）解釋說，科學家們還無法僅從分子的形狀來預測化學物質的氣味。例如，負責焦糖香味的化學物質呋喃酚也被描述為聞起來像草莓或棉花糖。但克勞特伍斯特說，化學結構的微小調整使其可以被不同的受體識別，從而產生一種濃郁的草本香味。
克勞特伍斯特的團隊用特殊的細胞進行了實驗，這些細胞經過基因工程改造，當它們的嗅覺受體識別到氣味分子時會發光。在測試了所有人類嗅覺受體（以及大約200種最常見的基因變異）後，只有帶有稱為OR5M3受體的細胞在暴露於呋喃酚時發光；這表明它是負責處理焦糖氣味的受體。研究人員還證實了另一個團隊的發現，即另一種名為OR8D1的受體識別呋喃酚的草本表親，即化學物質索托隆。
“能夠識別受體確實需要做很多工作，”馬薩諸塞大學阿默斯特分校的感官科學家阿麗莎·諾爾登（Alissa Nolden）說，她沒有參與這項研究。呋喃酚和索托隆是食品工業中重要的天然香料，克勞特伍斯特指出，儘管獲得原材料的途徑不斷變化且不可預測，但食品工業一直在努力保持產品的一致性。諾爾登補充說，消費者對更天然成分的需求不斷增長，也促使公司尋找新的方法來重現熟悉的風味。這些風味既取決於食物的味道，也取決於食物的氣味。
克勞特伍斯特說，透過識別這些以及最終其他氣味分子的嗅覺受體，研究人員可以更好地瞭解氣味分子如何與受體結合——然後能夠預測新設計或發現的氣味分子如何與受體相互作用，從而確定它們將觸發的氣味。
克勞特伍斯特補充說，知道哪些氣味受體檢測到某些氣味還可以幫助食品科學家比目前的人類感官專家更客觀地評估產品。例如，分離出的OR8D1受體可以幫助檢測陳年啤酒和一些軟飲料中少量的索托隆，索托隆有時會導致令人不快的“異味”。
儘管這一發現似乎與食品工業最相關，但它也突顯了科學家們對我們至關重要的嗅覺知之甚少。檢測和理解氣味對於早期人類尋找食物或避免危險情況（如火災或腐肉）非常重要。但薩拉瓦說，如今，許多人忽視了嗅覺的重要性，並且經常將其降級為比其他任何東西都更具審美意義的東西。
諾爾登說，現在COVID-19暫時剝奪了許多人的這種感覺，人們正在意識到無法聞到氣味是多麼地改變生活——不僅是他們的食物，還有他們周圍的人。“聞到你的寶寶，聞到你的孩子，聞到你的伴侶，”她說，“對於氣味來說，這些是非常親密的感覺，而你不再擁有它們。”
薩拉瓦說，進化“不會僅僅為了擁有美好的事物而投入數百萬年。“它必須是必需品。”