[討論] 嗅覺的量子理論

[followwar (揚羽)]

Rogue theory of smell gets a boost
http://www.nature.com/news/2006/061204/full/061204-10.html


『物理學家』測試一個關於鼻子如何運作的大膽的假說

Philip Ball
Published online: 7 December 2006
doi:10.1038/news061204-10

一個關於我們如何嗅聞的可疑理論，其宣稱我們對於氣味的細微知覺是依靠
量子力學，被一群物理學家團隊稱讚。

經由 University College London（UCL）的研究者計算，顯示我們經由感
知氣味分子的振動（vibrations）而聞到氣味的這個點子，就物理上來說，
具有意義 (1)。

不過要證明這個理論（1990 年年中由生物學家 Luca Turin (2) 所提出）
是正確的，仍有段距離。不過那已經讓其他科學家對於這個點子更加嚴肅的
看待。

"那是一種大躍進，" Turin 說，他在維吉尼亞州開了一家屬於自己的
Flexitral 香水公司。他表示，自他發表理論之後，"它就被忽略了，而非
被批評。"


奇特味道

大部分的科學家假設定，我們的嗅覺是依賴鼻子當中的受器，來偵測進入分
子的形狀，那會觸發一個信號到達腦部。這種分子的 "鎖與鑰" 過程，被認
為廣泛地遍佈在人體的偵測系統當中：例如，這是某部份免疫系統如何辨識
入侵者，以及舌頭如何分辨某些味道。

但是 Turin 爭論道，嗅覺看起來與這幅圖像不太吻合。那些看起來幾乎一
樣的分子，聞起來可以非常的不同 -- 例如：酒精（乙醇），聞起來就像烈
酒（spirits），而硫醇類（thiols），聞起來則像臭雞蛋。但是，結構十
分不同的分子，聞起來卻很相似。

很明顯地，某些分子聞起來可以很不同 -- 對某些動物而言，不竟然是人類
-- 只因為它們包含不同的同位素（那些原子的化性相同，但質量 [中子數]
不同）。

Turin 對於這些臭味事實的解釋，引發了下面這個主意：嗅覺受器蛋白當中
的嗅覺訊號並非由氣味分子的形狀，而是其振動所致，那能夠激發電子在受
器的二個不同部份跳躍所致，這種量子力學的過程稱為穿隧效應（
tunnelling）。這種電子移動可以開初始化送往腦部的嗅覺訊號。

這可以解釋為何同位素聞起來不一樣：當原子較重時，它們的振動頻率會改
變。Turin 的機制，UCL 團隊的 Marshall Stoneham 表示，比較像感應卡
片，而一把能夠符合鎖形狀的鑰匙。

由振動所支持的電子穿隧效應，毫無疑問會發生 -- 它已經在一個實驗性質
的技術當中被使用，用來測試分子振動。"問題是，這有沒有可能在鼻子發
生，" Stoneham 的同事 Andrew Horsfield 表示。



難以置信

Stoneham 表示，當初他聽到 Turin 的點子時，那時 Turin 他自己也在
UCL，"我無法相信"。但是，他提到，"因為那是一個有趣的點子，我認為我
應證明它是否有用。我做了某些計算，然後開始覺得 Luca 可能是對的。"
現在 Stoneham 以及他的共事者已經更徹底的完成這項工作，該份論文很快
就要在 Physical Review Letters 上發表。

關鍵的議題在，處於適當位置的跳躍比率是否比沒有的來得大。計算結果顯
示應該如此 -- 這表示以這種方式進行氣味識別，在理論上似乎可行。

但是 Horsfield 強調，這與 Turin 點子的證明有所不同。"到目前為止，
那看起來可能，但我們需要適當的實驗證明。我們正在考慮哪一種實驗可以
進行。"

在此同時，Turin 先行超越他的假說。"在 Flexitral 我們已基於它們算出
來的振動，設計專門的氣味，" 他說。"我們在氣味探索的成功率比其他對
手要大上 2 個數量級 (百倍) 。" 最後他把他的錢放在他鼻子所在之處（
意指賺大錢）。

__________
References

1. Brookes J. C., et al. Preprint,
   http://www.arxiv.org/abs/physics/0611205 (2006).
2. Turin L., . Chem. Senses , 21 . 773 - 791 (2006).


--

我把內文 簡單summary一下

嗅覺在生理學課本上仍是Key and Lock模型

也就是氣味分子與對應受器結合後，則產生對應嗅覺

嗅覺的量子理論則是以兩點反駁

1.分子結構相似的氣味分子卻有不同的味道

2.分子結構完全不同卻可以有相同的味道

Turin提出的理論則從分子的振動頻率出發，猜測開啟受器的方式是由分子的振動模式促
發。

Turin原本的論文中指出硼烷有硫磺味的原因在於B-H鍵結與S-H鍵結有相似的振動頻率


但是還是沒有辦法解釋分子振動如何轉成生物電訊號?

Stoneham (2007)用電子穿隧效應解釋之

受體受到某些頻率的分子影響時就會發出電訊號

稱為"聲子穿隧" (這個我就不懂了XD

--

八卦是Turin提出這個理論受到很大很大的抨擊

沒有學術期刊願意登他的論文，被迫離職

現在在開香水公司

--

一些生物理論仍然在使用key and lock理論

包括 神經傳導物質 病毒與抗體 等 標準的key and lock model

每一種神經傳導物質有相應的受體

似乎是現代神經科學不可打破的教條

我舉安非他命為例

這是科學人的圖

http://sa.ylib.com/saeasylearn/images/amphetamine-A.jpg

如何解釋甲基安非命多了一個ＣＨ３效果會更強?

除了預期快感外，毒品為什麼可以這麼快作用? (使用者似乎是一注入毒品就有反應

無視血液循環

希望有高手可以找到這些東西的分子振動頻率XD


--
推 smt963:最好你上網能知道網路另一端的人在盯你啦！
推 easan:             ↙煞氣a警察↗
推 flyplayer:( ′-`)↗︴
推 Jayli168:樓上在通三小..... 天神第一類接觸阿
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) 
◆ From: 123.192.57.69
推 mulkcs:這篇蠻有趣的 不過我化學很差 XD
推 mulkcs:我不知道這個問題可不可以類比到同位素的化學性質的差異上
推 xeiko:這點子真的蠻有趣的耶 也許是類似像感受聽覺的細胞 一群細胞
→ xeiko:感受某個頻率 另一群細胞又感受另個頻率 老人家感受高頻率的
→ xeiko:                                      ^^^^^^^^這邊多打的