量子振動是否為嗅覺提供動力?

爭議性理論獲得物理學家認可

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聞到了嗎?這是某種氣味,它正為一種備受爭議的嗅覺理論增加可信度,該理論將分子振動置於中心位置。物理學家現在已經分析了所提出的機制,並認為它似乎是合理的。

生物物理學家和調香師盧卡·圖林開發了這個理論,他說,新的計算絕非證明了該理論,但它們增加了該理論的合法性。“大多數人可能會覺得,如果這有可能實現,進化已經設法利用了它。”

問題是:我們鼻子中的受體究竟接收到氣味分子(或氣味物質)的哪種屬性?目前主流但仍未被證實的嗅覺解釋認為形狀是關鍵,受體像鎖一樣與分子的鑰匙部分契合。但形狀理論無法解釋為什麼一些形狀幾乎相同的分子氣味卻截然不同,例如聞起來像伏特加的乙醇和聞起來像臭雞蛋的乙硫醇。


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圖林在1996年提出的,現在已成為兩本暢銷書主題的更具爭議性的理論則認為,氣味受體感知的是分子原子的抖動方式。圖林說,分子的形狀仍然起作用,因為它決定了氣味物質的整體振動頻率。但他不知道所有細節是如何結合在一起的。

倫敦大學學院的物理學家馬歇爾·斯通漢姆和他的同事報告說,他們已經基於所謂的 G 蛋白偶聯受體的特性構建了一種特定的機制,這些受體從鼻子內部的嗅覺細胞突出。

研究人員設想,氣味物質適合於一個供體電子的位點和一個受體電子的位點之間的位置。在這個模型中,當電子從供體躍遷到受體時,受體就會被啟用。該小組計算出,電子可以透過氣味物質造成的屏障“隧道”穿過,這是一種由量子力學效應使之成為可能的效果,他們在一篇被接受在《物理評論快報》上發表的預印本中寫道。

在隧道穿透之前,電子會扭曲氣味分子的電場。當它隧道穿透時,它實際上消失了,導致電場像撥動的琴絃一樣擺動,圖林解釋說。如果撥動與分子的自然振動模式相匹配,則很可能發生隧道效應。

斯通漢姆說,這種效應更像是“刷卡”,而不是“鎖和鑰匙”,他補充說,當他十年前第一次見到圖林時,他對這個想法持懷疑態度。“數字計算的結果表明,這看起來是一個完全可信的機制。我們不能百分之百確定的原因是,我們不知道受體的詳細結構。”

麻省理工學院的生物化學家張曙光說,“這為制定更好的圖林理論測試方法提供了第一步”,他的實驗室正在探索這個想法。“至少它表明另一種理論是可能的。”

圖林說,到目前為止,對他理論的最有力檢驗來自一些研究,在這些研究中,研究人員用該原子的同位素替換了氣味物質的原子,同位素的重量略有不同,並改變了分子的振動頻率。他說,在動物身上,他的預測是成立的,但在人身上,證據是混雜的。

例如,2004 年發表在《自然-神經科學》雜誌上的一項研究發現,人們無法區分兩種這樣的氣味物質。一篇隨附的社論評論說,“該理論受到了不加批判的記者非同尋常且不恰當的宣傳。”

當然,社論也總結說,“在某種意義上,公眾是否相信嗅覺的振動理論並不重要;真相最終會水落石出。” 新的模型可能會加速那一天到來。

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