13.04.2013

Идея «квантового запаха» вновь стала популярной

Спорная теория о том, что явления квантовой физики влияют на формирование запахов, снова обрела популярность после экспериментов с людьми.

Теория бросает вызов концепции, гласящей, что обоняние зависит только от форм молекул в воздухе, которые мы вдыхаем. Вместо этого она предполагает, что за запах отвечают колебания молекул.

Тестирование проходило с двумя молекулами одинаковой формы, но с различными колебаниями. Результаты, опубликованные в PLOS ONE, показывают, что люди могут отличить их.

Новая идея намекает на квантовые взаимодействия, происходящие в биологических системах. Но теория, впервые выдвинутая Лукой Турином из Биомедицинского научно-исследовательского центра Флеминга в Греции, остается спорной.

Идея того, что формы молекул – единственное, что обуславливает запах, хорошо укрепилась, но доктор Турин сказал, что в ней есть пробелы. Он привел пример молекул, которые включают атомы серы и водорода, соединенных вместе: они могут образовывать широкий диапазон форм, но все они пахнут тухлыми яйцами.

«Если посмотреть с традиционной точки зрения, это действительно сложно объяснить, – говорит доктор Турин BBC News. – Если же посмотреть с точки зрения альтернативной теории, которая говорит о том, что запах молекулы определяют колебания, тайна сероводорода легко раскрывается».

Молекулы можно рассмотреть как кучку атомов на пружинках. Таким образом атомы могут перемещаться относительно друг друга. Энергия правильной частоты, квант, может заставить «пружинки» вибрировать. В статье 1996 года в Chemical Senses доктор Турин сказал, что это – как раз те колебания, которые объясняют запах.

Он описал механизм как «неэластичный электронный тоннельный переход»: в присутствии определенной «пахучей» молекулы электрон в пределах рецептора запаха в носу может «прыгнуть» через него и перегрузить квант энергии на одну из молекулярных связок – становление вибрирующей «пружины».

Но научное сообщество утверждало, что доказательств этому недостаточно.

Лошади и единороги

Для проверки данной идеи нужно было подготовить две молекулы идентичной формы, но с различными колебаниями: атомы водорода в молекулах были заменены их более тяжелыми кузенами – атомами дейтерия.

Лесли Восшол из Рокфеллеровского университета намеревалась в 2004 году экспериментально опровергнуть идею доктора Турина – с помощью молекулы, названной ацетофенон, обладающей сильным запахом черемухи, и его «дейтеризованным» близнецом.

По результатам, опубликованным в работе в Nature Neuroscience, было вынесено заключение, что если бы в эксперименте участвовали люди, они бы не различили запахи этих двух молекул. Таким образом, колебания не играют роли в том, как мы чувствуем запахи.

Но в 2011 году доктор Турин и его коллеги опубликовали работу в Proceedings of the National Academy of Sciences, где доказали, что дрозофилы могут различить более тяжелые и более легкие версии той же молекулы.

Результаты повторения теста с людьми опубликованы в новой статье. Они свидетельствуют, что, как и в работе профессора Восшол, объекты исследования не могли различить запахи. Но тогда команда разработала совершенно новую, намного более крупную пару молекул, циклопентадеканон, с большим количеством связей водорода или дейтерия, чтобы усилить предполагаемый эффект.

В ходе тестов, которые проходили вслепую как для экспериментатора, так и для участников, объекты тестирования смогли отличить два образца друг от друга.

Однако профессор Восшол все еще не верит в жизнеспособность теории. «Мне нравится думать о теории вибрации и ее сторонниках как о единорогах. Остальная часть нас, исследующих обоняние, – это лошади, – сказала она BBC News. – Проблема в том, что доказательство того, что единорог существует или не существует, невозможно. Эти дебаты по теории вибраций или о существовании единорогов никогда не закончатся, но очень важный вопрос в том, почему исследованиями того, как работают запахи, продолжают заниматься лошади».

Исследователь запахов в Университете Кардиффа Тим Джейкоб сказал, что работа была «многообещающей, но не окончательной»: «В общепринятой теории запахов очень много проблем: она не объясняет многого, что объясняет вибрационная теория».

Ричард Аксель из Колумбийского университета, работа которого над картографией генов и рецепторов нашего обоняния заслужила Нобелевскую премию 2004 года по физиологии, считает, что только взгляд через микроскоп на рецепторы в носу наконец показал бы то, как это работает.

«Пока кто-то действительно не сядет и серьезно не изучит механизм, а не сделает выводы, исходя из внешних признаков механизма, это не принесет пользы. Использовать в качестве аргумента поведенческие ответы не кажется хорошей идеей, – сказал он BBC News. – Не поймите меня превратно, я не списываю эту теорию со счетов, но я нуждаюсь в данных, а они не были представлены».

Александр Федоров

Источники:

1. KM.RU