【量子生命】量子力學如何幫助動物感受嗅覺?丨AC茂的模

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在之前的視頻中
我們介紹了呼吸作用和光合作用中
可能存在的量子效應
那麼這一期
我們來探討一下人類五感中的嗅覺和量子力學的關係
一般認爲嗅覺和味覺是比較相似的
因爲往往聞着臭的東西吃起來也不可能香到哪裏去
不過根據量子生物學家近些年來的研究
嗅覺可能更像聽覺
生物可能是通過感知振動來產生嗅覺
這些結論是通過一項被稱爲果蠅梯形迷宮的實驗得出的
這一實驗是由希臘亞里山納弗蘭明研究所的一個研究小組
和一些來自麻省理工學院的研究人員設計的
實驗中果蠅由主幹部分進入梯形迷宮
向前飛進梯形的橫豎連接部時
不得不做出決定
向左還是向右
梯形迷宮的左右兩臂都會迸入一些有氣味的空氣
因此研究者通過技術飛往各個方向的果蠅數量
就能判斷出果蠅是否能夠區分出
分別摻在左右兩臂氣流中的氣味分子
小組先檢驗了果蠅是否能夠聞出苯乙酮的味道
答案是肯定的
在迷宮管道的右臂末端注入一點苯乙酮
便足以讓幾乎全部的果蠅對重水果方向
趨之若鶩
團隊隨後用刀原子取代了苯乙酮中的氫原子
他們採用了循序漸進的做法
依次替代了苯乙酮中的三個
五個或全部八個氫原子
然後分別檢驗每種物質
並在迷宮另一臂用飛刀化的苯乙酮做對照
實驗結果令人驚喜
當分子中只含三個刀原子時
果蠅只是隨機地飛向左邊或右邊
但是當右臂中物質換爲含五個或八個刀原子的苯乙酮時
果蠅毫不猶豫地飛向了左邊
遠離了刀化的氣味
該小組又實驗了其他兩種化合物
發現果蠅可以輕鬆地識別出分別含有氫和刀的新醇
但無法分辨對應兩種形態的苯甲醛
爲了證明果蠅是通過嗅覺來聞刀劍的
研究人員還測試了缺乏有效嗅覺感受器的變異種果蠅
與預期相同
這些嗅覺缺失的變種完全不能區分含有氫的或刀化了的氣味分子
利用虐狗狂人巴普洛夫的條件反射原理
研究人員甚至成功地訓練果蠅將特定的化學物質與成法聯繫了起來
如果飛向含碳刀劍的化合物
便輕微電擊果蠅的腳
首先
他們訓練果蠅避開含碳刀劍的化合物
該劍的典型振動頻率約爲66太赫
之後
他們發現經過訓練可以避開碳刀劍化合物的果蠅
同樣也會避開精類化合物
儘管化學性質非常不同
精類化合物中的碳氮劍的振動頻率與碳刀劍基本相同
該研究有力地說明
至少在果蠅中
振動參與了嗅覺作用
他們的論文於2011年發表在美國國家科學院院刊上
四年
小組將研究迴歸到了那個最棘手的問題
人類是否也能通過感知振動來產生嗅覺
他們招募了11名被試者來參與嗅聞實驗
讓他們嗅聞了苯乙酮
但被試者都無法嗅出刀化苯乙酮中的碳刀劍
小組認爲
苯乙酮中僅有8個碳氫劍
即使刀研子取代全部的8個氫原子
信號依然太弱
普通人的鼻子根本聞不出差別
因此
他們決定使用結構更復雜的色香味分子
這些分子中最多含有28個氫原子
這一次與之前的苯乙酮實驗形成了鮮明的對比
全部11名被試者都可以輕易地分辨出
普通色香和完全刀化的色香
那麼如何解釋這兩個實驗結果呢
量子生物學家認爲
氫原子和刀原子滲穿能力的不同
造成了刀化物質氣味的區別
這一觀點究竟是否正確
還需要等待後續更多實驗結果的佐證
