嗅觉奇迹

加跟贴 发新贴

嗅觉奇迹——闻香识女人里面的奥秘

【万维读者网】由于发现了气味受体和嗅觉系统组织，2004年10月4日，美国的理查德·阿克塞尔和琳达·巴克被瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖评委会授予今年的诺贝尔生理学或医学奖。

获奖的基本理由

长期以来，嗅觉一直是我们意识中一种神秘莫测的东西。人能够识别和记忆约 1万种不同气味的基本原理一直不被理解。不过，今年的诺贝尔生理学或医学奖已经解决了这个问题，而且在一系列的前沿性研究中，证明了我们的嗅觉系统是如何起作用的。这些研究发现了一个大的基因家族，由约1000个不同的基因组成(占我们基因总数的3％)，后者产生了相同数量的嗅觉受体类型。这些受体位于嗅觉受体细胞上，后者占据了鼻(粘膜)上皮上半部分的一小块区域，而且能嗅闻到我们吸入的各种气味分子。

每一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体，每一种受体能探测到有限数量的气味物质。因此，我们的嗅觉受体对几种气味是高度特异性的。受体细胞把细细的神经突触直接接通到独特的微小球囊区域，即嗅球，后者位于大脑的主要嗅觉区。而携带有同一类受体的受体细胞把其神经突触接通到同一嗅球。在嗅球中的这些微小区域，气味信息又被进一步转换到大脑的其他部位。在这些部位，来自一系列嗅觉受体的信息进行结合，便形成了一种嗅觉类型。因此，我们在春天能清醒地体味到丁香花的香味，并且在其他的时候唤起这种嗅觉记忆。

美国哥伦比亚大学的理查德·阿克塞尔和西雅图的琳达·巴克于1991年联合发表了他们的基础论文。在论文中他们描述了一个非常大的约有1000个基因的气味受体家族。此后，阿克塞尔和巴克又进行独立的研究，他们从分子水平到细胞组织结构，证实了人类的嗅觉系统。

嗅觉系统与人类生活

某种东西尝起来美味可口时，它就成为嗅觉系统的一种主要的激活剂，以帮助我们品味我们视为实实在在的物质品质。比如，一种佳酿或一种成熟的野草莓能激发一整片气味受体，帮助我们察觉不同的气味分子。

而尿的气味在晚年能触发我们独特的童年记忆，或情感的瞬间，这种记忆或是愉快的，或是负面的。比如，一块并不新鲜的而且会导致身体不适的蛤肉会给我们留下经年不息的记忆，并阻止我们在以后咽下带有蛤肉味的任何菜肴。而失去嗅觉则是一种严重的生理障碍，为此我们不再能觉察不同食品的质量，而且闻不到警示信号，比如，来自大火的烟味。

对于大多数物种，嗅觉是至关重要的。所有的生物都能嗅出并鉴别其所处环境的化学物质。显而易见，能够鉴别适宜的食物和避免腐烂或不适宜的食物材料具有重大的生存价值。根据阿克塞尔和巴克的研究结果，鱼有相对少的气味受体，约100种；而老鼠则大约有1000种。人类则比老鼠略少一些，因为我们的某些基因在进化过程中丢失了。

嗅觉对于新生的哺乳动物幼仔是绝对重要的，因为它们要靠嗅觉来发现母亲的乳头并获得乳汁。没有嗅觉，幼仔就不能独立生存。嗅觉对于许多成年动物也是至关重要的，因为它们要靠嗅闻气味来观察和了解其所处的环境。比如，狗的嗅觉上皮区域比人类约大40倍。

嗅觉系统是我们主要以分子技术破译的第一种感觉系统。阿克塞尔和巴克证明，我们基因的3％被用来编码嗅觉受体细胞细胞膜上的不同气味受体。当一种气味受体被一种气味物质激活时，嗅觉受体细胞中电信号就被触发并经过神经突触传递到大脑。每个气味受体首先激活一种成对存在的G蛋白，后者又转而刺激环一磷酸腺苷 (或环腺苷酸，cAMP)的形成。环一磷酸腺苷是一种信使分子，可激活离子通道，让其开通，然后细胞被激活。

可喜的是，阿克塞尔和巴克证明了这个大家族的气味受体属于成对的G蛋白受体(GPCR)。

嗅觉的美妙感知

所有的气味受体都是相关的蛋白质，但是在特定的细节上有差异。这就能够解释为什么它们能被不同的气味分子所触发。每一种受体则由一条固定于细胞膜内并横穿细胞膜7次的氨基酸链所构成。由此，氨基酸链创建了一种粘合球囊，气味物质可以粘附于上面。在这种情况发生时，受体蛋白的形状便改变，导致G蛋白激活。

在每一种嗅觉受体细胞中都有一种类型的气味受体。阿克塞尔和巴克分别独立地证明了每个单独的嗅觉受体细胞只表达一种并且只有一种气味受体基因。因此，气味受体有多少，就有多少类型的嗅觉受体细胞。如果记录来自单独的嗅觉受体细胞电信号，就可能证明每个细胞不仅仅与一种气味起反应，而且也可能与几种相关的分子起反应，尽管有强度的不同。

巴克的研究小组查验了个体嗅觉受体细胞对特殊气味物质的敏感性。通过吸管，他们排空了每个细胞的内容物，并精确地证明是哪一种气味受体基因在这种细胞中被表达的。通过这种方式，他们能把相应的气味反应与某种细胞所携带的具有特别类型受体的特异气味(物质)对应起来。

大多数气味是由多种气味物质分子构成的。每种气味分子激活几种气味受体。这就导致了一种结合密码以形成一种“气味类型”。这种情况有点类似五色布片缝成的被子的颜色或马赛克的色彩。由此才构成了我们识别气味能力的基础并且形成了约对1万种不同气味的记忆。

不过，每个嗅觉受体细胞只表达一种单独的气味受体基因，这一发现是过去人们完全没有预料到的。阿克塞尔和巴克通过确定大脑中第一个中转站组织，深化了他们的研究。嗅觉受体细胞把它的神经突触送到嗅球，在嗅球中约有2000个精确限定的微小区域，即球囊。球囊大约是嗅觉受体类型细胞的两倍之多。

阿克塞尔和巴克相互独立地证明了携带有同一类型受体的受体细胞把其突触聚集到同一种球囊中。阿克塞尔的研究小组使用复杂的基因技术，证明小鼠在这一过程中的受体角色。来自具有同一受体细胞的信息聚集到同一球囊证明球囊也具有显著的特异性。

在球囊中我们不仅能发现来自嗅觉受体细胞的神经突触，而且发现它们与下一个水平的神经细胞──僧帽状细胞──联系在一起。每个僧帽状细胞只由一个球囊激活，因此，信息流的特异性(即某种特殊的气味)得以维持。通过长长的神经突触，僧帽状细胞把信息传递到大脑的几个部位。巴克证明，这些神经信号(信息)到达大脑皮质的精确的微小区域。因此，来自几种类型的气味受体的信息在大脑皮质整合为一种气味类型特征。最终气味得到破译，并使得我们产生了气味识别的有意识的体验。

信息素和味觉

阿克塞尔和巴克所发现的嗅觉系统的一般性原理似乎也可以应用到其他感觉系统。比如，信息素是一种能影响不同社会行为的分子，特别是在动物中。

阿克塞尔和巴克相互独立地发现，两个GPCR家族能探测到信息素，它们位于鼻粘膜上皮的不同区域。舌头上的味蕾也拥有另一个GPCR家族，它们与我们的味觉息息相关。

加跟贴 发新贴 〖一品 百草园索引首页〗