Ihmisen nenät: Kvanttihajuiset laitteet

Teknologia on antanut ihmiskunnalle konevaihtoehdon, joka parhaiten tukee kaikkia aisteja paitsi yhden hajun. Nykyiset teoriat eivät ole kyenneet selittämään kykyämme havaita näennäisesti loputon valikoima uusia hajuja rajoitetusta reseptorivalikoimasta. Jos kemisti syntetisoi uuden yhdisteen, jota ei ole koskaan ennen nähty maapallolla, ja hajujärjestelmämme pystyy havaitsemaan sen, aivomme tuottavat elävästi sille aivan uuden kokemuksen. Yksi mies, parfyymi ja biofyysikko nimeltä Luca Turin, on viimeisten kahden vuosikymmenen aikana koonnut yhteen erittäin kiistanalaisen teorian, joka pyrkii selittämään, kuinka hajut havaitaan ja siirretään - muunnetaan molekyyleistä hermopiikeiksi. Tällä viikolla hän julkaisi kiistattomia todisteita, jotka saattavat hiljentää hänen monet kriitikot lopullisesti.

Koko historian ajan uusien teorioiden hyväksyminen ei ole tapahtunut sen väärinkäyttäjien muuntamisen kautta, vaan siksi, että lopulta ne ovat . Uusi oivallus muuntaa tärkeimmän argumentin uutta teoriaa vastaan ​​usein tehokkaimmaksi todistukseksi. Näin on tietyn molekyylin kanssa, joka tunnetaan nimellä karvoni . Kuten oikealla olevassa kuvassa näkyy, karvoni tulee kahteen enantiomeeriin - toisin sanoen makuun -, jotka ovat toistensa peilikuvia. Selittämättömästi yksi enantiomeeri - R- muoto - tuoksuu viherminttu, kun taas S- muodostaa tuoksun kumina tai tilli.

Perinteinen Lukko ja avain hajuteoria väittää, että hajuaineet sitoutuvat sovitettuihin reseptoritaskuihin, jotka havaitsevat muodot. Tämä teoria toimii hyvin karvonille, kunhan kullekin versiolle on eri reseptorit. Lukko- ja avainkonseptin pääasiallinen rajoitus on, että on olemassa monia esimerkkejä, joissa täysin erilaisen muodon omaavat molekyylit hajuivat samalla tavalla. Esimerkiksi boraanilla, josta puuttuu rikkisidoksia, on edelleen mätäneen munan haju, joka normaalisti liittyy näihin sidoksiin. On käynyt ilmi, että boraanilla on samanlaiset piikit infrapuna- tai värähtelyspektrissään, jotka ovat päällekkäisiä rikkisidosten kanssa. Torino väittää, että kun hajuaine sitoutuu oikeaan taskuun, elektronit voivat tunneloida sen läpi tavalla, joka riippuu taajuudesta, jolla molekyyli värähtelee. Koko värähtelyspektri jaettaisiin siten, että kukin reseptori käski sitä. Tässä tulkinnassa nenästä tulee enemmän tai vähemmän kemiallinen spektroskooppi.

Torinon teorian esittämä ongelma on, että vaikka peilikuvat tuoksuvat eri tavoin, niillä on identtiset infrapunaspektrit. Tämän näennäisen esteen dramaattisena vastakohtana Torino lisäsi butanolia tillikarvoninäytteeseen ja sai sen hajuiksi minttuimalta. Butanolilla on samanlainen sidos kuin karvonissa, mutta se on riittävän pieni liukastumaan sen kanssa reseptoritaskuihin. Kriitikot vaihtoivat vaihteita osoittamalla, että asetofenonin pieni molekyyli tuoksuu ihmisille samalla tavalla, vaikka sen värähtelyspektriä muutettaisiin korvaamalla osa sen vetyistä raskaammilla deuteriumatomilla. Tämä substituutio saa molekyylin sidokset värähtelemään hitaammin, mikä muuttaa tehokkaasti koko molekyylin globaalia aaltoilua ja elektronien kykyä tunneloitua sen läpi. Torino oli jo osoittanut hedelmäkärpänen Drosophilassa, että asetofenonin deuteroidut muodot voidaan erottaa ainakin käyttäytymiseltä, mutta se ei ole yhtä kokeellisesti vakuuttava kuin ihminen, joka suoraan ilmoittaa hajuistaan.

Torinon mestarillinen isku, joka julkaistiin tällä viikolla Plos One -ohjelmassa, osoittaa, että yksi kranaatti ei kaadu koko linnaketta. Torino oletti, että suurempi molekyyli kuin myski, jossa on enemmän pisteitä, jotka voitaisiin deuteroida, olisi ihmisille paremmin havaittavissa. Musk-molekyylit ovat suunnilleen niin suuria kuin pystyt saamaan niin pitkälle kuin pystyt mahtumaan hajuherkkyysreseptoreihin. Lähes 300Da: n (daltonien) painolla suurinta osaa niistä tuskin voidaan pitää haihtuvina ja yleensä asuvat maassa tai tarttua puiden kaltaisiin esineisiin. Vain pari molekyyliä tästä voimakkaasta ja kalliista tavaroista on ainakin peuralle tai villisikalle tarpeeksi tarpeeksi saadakseen maailman kiertämään.

Näiden yhdisteiden erilaisten ja hienovaraisten muotojen uuttamiseksi astiasta, jossa ne valmistettiin, Torino käyttää kaasukromatografia. Näytteen saastumisen tai pilaantumisen välttämiseksi hajusteita kulutetaan usein suoraan koneen poistoaukosta mahdollisimman nopeasti. Tutkimuksen asiantuntijatestaajat arvioivat kuvaamattomat näytteet tuttuja pistäviksi ja myskisiksi, kun taas kaikki värähtelymuutetut näytteet saivat uuden luonteen, joka otettiin kiinni vain sellaisilla sanoilla kuin pähkinäinen, paahdettu, öljyinen metallinen ja ankara .

Jopa näillä eroilla on silti subjektiivisuutta, ja ne tekevät usein ymmärrettäviksi vain niillä, joilla on sekä innokas nenä että terävä kuvaileva voima. Koska vanha teoria antaa kovasti voitettua tietoa, koneen tunnistus on välitön hyväntekijä, kun taas meille keinotekoinen nenä, parannettu havainto ja parempi ymmärrys siitä, kuinka me aistimme aistimaisemamme suuremman todellisuuden sisäisesti, saattaa pian seurata. Tämän salaperäisen kyvyn täydellinen dekoodaus on aistitieteen viimeinen raja. Genomi on täynnä lukemattomia vanhentuneita reseptoriproteiineja, jotka on heitetty syrjään viimeisimmässä evoluutiossa, yhdessä atrofoitujen kädellisten hajujen sipulien kanssa. Haistielin on etuoikeutettu aivojen alue, jossa uudet hermosolut vaeltavat ja kytkeytyvät jatkuvasti, mikä tekee siitä houkuttelevan alueen uudistumisen tutkimiseen. Koiran menetettyjen intuitioiden lopullinen uudelleen kohdentaminen asianmukaisen tekniikan avulla rikastuttaa ihmiskokemustamme tavoilla, joita voimme vain kuvitella.