אף אנושי: מכשירים לריח קוונטי

אורנגאוטנים שמריחים ורדים

הטכנולוגיה העניקה לאנושות אלטרנטיבה של מכונה המתאימה לכל חוש מלבד ריח. תיאוריות עכשוויות לא הצליחו להסביר את יכולתנו לתפוס מגוון אינסופי של ריחות חדשים מתוך רפרטואר מוגבל של קולטנים. אם כימאי מסנתז תרכובת חדשה שטרם נראתה על כדור הארץ ומערכת הריח שלנו יכולה לזהות אותה, מוחנו מייצר עבורה חוויה חדשה לחלוטין. אדם אחד, בשמים וביופיזיקאי בשם לוקה טורינו, חיבר בשני העשורים האחרונים תיאוריה שנויה במחלוקת שמבקשת להסביר כיצד מגלים ומועברים ריחות - הופכים ממולקולות לקוצים עצביים. השבוע הוא פרסם עדויות בלתי ניתנות למניעה שעשויות להשתיק את מבקריו הרבים אחת ולתמיד.

קרווןבמהלך ההיסטוריה, קבלת תיאוריות חדשות לא התרחשה באמצעות המרת גורלם, אלא משום שבסופו של דבר הם ה. תובנה חדשה מעבירה לעתים קרובות את הטיעון העיקרי נגד תיאוריה חדשה לראיה החזקה ביותר שלה. זה המקרה עם מולקולה מסוימת המכונה קרוון. כפי שמוצג בתמונה מימין, קרוון מגיע בשני אננטיומרים - במילים אחרות, טעמים - שהם תמונות ראי זה לזה. באופן בלתי מוסבר, אננטיומר אחד - ה R- צורה - ריחות של נענע, ואילו S- יוצרים ריחות של קימל או שמיר.



המסורתי מנעול ומפתח תורת הריח גורסת כי חומרי ריח נקשרים לכיסי קולטן תואמים המגלים צורות. תיאוריה זו עובדת מצוין עבור קרוון כל עוד ישנם קולטנים שונים לכל גרסה. המגבלה העיקרית של מושג הנעילה והמפתח היא שישנן דוגמאות רבות בהן מולקולות בעלות צורות שונות לחלוטין מריחות באופן דומה. לדוגמא, לבוראן, אשר חסר כל קשר גופרית, עדיין יש ריח ביצה רקוב הקשור בדרך כלל לאותם קשרים. מתברר שלבורן יש פסגות דומות בספקטרום האינפרא-אדום (IR) או הרטט שלו, החופפות את אלה של קשרי גופרית. טורינו טוען שכאשר חומר ריח נקשר לכיס הימני, אלקטרונים יכולים להתפלל דרכו בצורה שתלויה בתדירות בה המולקולה רוטטת באופן מהותי. כל ספקטרום הרטט יחולק כאשר כל קולטן יורה על צ'אק קטן ממנו. בפרשנות זו, האף הופך לספקטרוסקופ כימי פחות או יותר.



קולטן הריחהבעיה המוצגת בתאוריה של טורינו היא שלמרות שתמונות המראה מריחות אחרת, יש להן ספקטרום IR זהה. בניגוד דרמטי למחסום לכאורה זה, הוסיפה טורינו בוטאנול לדגימה של קרוון שמיר וגרמה לריח של נענע. לבוטנול יש אותו סוג של קשר שנמצא בקרוון, אך הוא קטן מספיק כדי להחליק לכיסי הקולטן יחד איתו. המבקרים העבירו הילוך בכך שהוכיחו כי המולקולה הקטנה אצטופנון מריחה זהה לבני אדם גם כאשר הספקטרום הרטט שלה משתנה על ידי החלפת חלק מהמימנים שלה באטומי דויטריום כבדים יותר. החלפה זו גורמת לקשרים של המולקולה להתנדנד לאט יותר, ובכך משנה את הגלישה הגלובלית של המולקולה כולה ואת יכולתם של אלקטרונים להתפרק דרכה. טורינו כבר הראה בדרוזופילה, זבוב הפירות, כי ניתן להבחין בצורות המחוסלות של אצטופנון לפחות בהתנהגות, אך זה ממש לא משכנע באופן ניסיוני כמו אדם המדווח ישירות על מה שהוא מריח.

חוש הריח-טון-שיעורים_מוגדלשביתת המופת של טורינו, שהתפרסמה השבוע בפלוס וואן, מדגימה כי רימון אחד אינו מוריד את כל המבצר. טורינו שיער כי מולקולה גדולה יותר כמו מושק, עם יותר נקודות שניתן למחוק, תהיה ניתנת לזיהוי רב יותר עבור בני האדם. מולקולות מוסק גדולות בערך כמו שאתה יכול להגיע עד כדי יכולת להשתלב בקולטני הריח. במשקל של כמעט 300Da (דלתונים), רובם בקושי יכולים להיחשב נדיפים ונוטים להתגורר על הקרקע או להיצמד לחפצים כמו עצים. רק כמה מולקולות של חומר חזק ויקר זה, לפחות עבור הצבאים או חזירי הבר, מספיק כדי לגרום לעולמם להסתובב.



כדי לחלץ את הצורות השונות והעדינות של תרכובות אלה מהכלי בו הן נרקחו, טורין משתמש בכרומטוגרף גז. כדי למנוע זיהום או השפלה של הדגימה, חומרי הריח נצרכים לעיתים קרובות ישירות מיציאת היציאה של המכונה במהירות האפשרית. בוחני המומחים במחקר העריכו בתיאור הדגימות הבלתי-מוחלפות חריפות ומוכרות מוכרות, בעוד שכל הדגימות שהשתנו ברטט קיבלו אופי חדש שנלכד רק באמצעות מילים כמו אגוזי, קלוי, מתכתי שמן וקשה.

אפילו להבחנות אלה יש עדיין אווירה של סובייקטיביות ולעתים קרובות הם מובנים רק על ידי בעלי האף החריף וכוח התיאור החריף. כפי שהתאוריה הישנה נכנעת לנתונים קשים, חישת מכונה יהיה המיטיב המיידי, בעוד שמבחינתנו, האף המלאכותי, התפיסה המוגברת וההבנה הגדולה יותר של האופן שבו אנו אורזים באופן פנימי את המציאות הגדולה יותר של הנוף החושי שלנו עשויים להגיע בקרוב. פענוח מלא של תעוזה מסתורית זו נותר הגבול הסופי של מדע החושים. הגנום זרוע באינספור חלבוני קולטן מנוגדים שהושלכו הצידה באבולוציה האחרונה יחד עם נורות הריח הפרימאטיות המופנחות שלנו. איבר הריח הוא אזור מועדף במוח שבו נוירונים חדשים נודדים ומתחברים ללא הרף והופכים אותו לאזור אטרקטיבי לחקר התחדשות. פריסה מחודשת של האינטואיציות האבודות של הכלב באמצעות טכנולוגיה מתאימה תעשיר את החוויה האנושית שלנו בדרכים שרק עכשיו נוכל לדמיין.

Copyright © כל הזכויות שמורות | 2007es.com