气味是量子振动
果蝇嗅到分子的量子振动
雷切尔·考特兰
2011 年 2 月 14 日
对那些良好的量子振动的感觉
（图片来源：Andrew Syred/SPL）
形状相同，气味不同
鼻子如何产生大脑认为气味的信号？传统理论认为，这归因于气味分子的不同形状。但果蝇现在已经区分了两个形状相同的分子，为支持一个有争议的理论提供了第一个实验证据，即嗅觉可以通过检测分子振动来发挥作用。
哺乳动物的鼻子和苍蝇的触角排列着不同的折叠蛋白质，形成袋状“受体”。人们普遍认为，当气味分子像锁中的钥匙一样滑入受体时，就会产生气味，改变受体的形状，引发一系列化学事件，最终到达大脑。但这种“形状”理论也有局限性。其一，无法轻易解释为什么不同的分子可以具有非常相似的气味。
供职于麻省理工学院的生物物理学家卢卡·图林在1996年提出了一个解决方案。他重新提出了一种理论，即分子振动的方式可以决定其气味，提出了一种机制来解释其工作原理。
他的想法是，只有当电子与以正确频率振动的分子结合时，电子才可能穿过受体。通常，电子完成这一旅程所需的能量太大了，但是正确的振动能量可能会引发量子效应，其中电子“隧道”穿过这个能垒，然后这将被检测到并记录为特定的气味。
芳香迷宫
如果这是正确的，动物应该能够区分形状相同但键振动频率不同的分子。有化学物质就是这种情况，其中氘原子（一种氢同位素，其核包含中子和普通质子）取代了普通氢原子。额外的中子不会改变分子的形状，但会使氢原子的质量加倍，从而改变分子振动的频率。
过去对人类的检测未能提供强有力的证据表明，人可以区分正常的气味分子和“氘化”的对应物。但现在图林与希腊瓦里亚历山大·弗莱明生物医学科学研究中心的Efthimios Skoulakis斯库拉基斯合作，在果蝇上测试这个想法，果蝇可以很容易地被训练来识别不同的气味。
研究团队最初将果蝇放入一个简单的迷宫中，让它们在两条臂之间进行选择，一条臂含有芳香化学物质，如苯乙酮（一种常见的香水成分），另一条臂含有氘化版本。如果苍蝇仅通过形状来感知气味，它们应该无法区分两者之间的区别。事实上，研究人员发现苍蝇更喜欢普通的苯乙酮。与氘代版本相比，还更喜欢普通版本的辛醇和苯甲醛。
研究团队还发现，可以使用轻微的电击来增强或扭转这种对非氘化分子的偏好。这表明果蝇可能能够感知连接氘与碳原子的键的振动特征。
量子探测器
“一开始，我认为这永远行不通，”斯库拉基斯说。“在实验过程中，我们说服了自己。”
图林认为这些结果证明了他的理论，至少在果蝇中是这样。“我的理论被认为在物理上是不可能的，在生物学上是难以置信的，没有证据支持，”他说。“这清楚地表明果蝇嗅觉的某些成分正在感知振动。”
德克萨斯州休斯顿大学的格雷格·罗曼（Gregg Roman）表示，该实验“确实支持了果蝇具有成为量子探测器的能力”这一观点，他的实验室刚刚开始研究果蝇的同位素检测。
分子振动传感发挥多大作用尚不清楚。纽约市洛克菲勒大学的莱斯利·沃歇尔（Leslie Vosshall）认同该实验表明果蝇可以区分一种同位素和另一种同位素，但他表示，这种由振动引起的假设是一种“过度解释” 。
狗狗嗅
图林最初的想法是基于人类的一种气味受体，而果蝇似乎没有这种受体。“我无法理解用果蝇来测试振动理论的逻辑，”她说。
图林和斯库拉基斯现在正在计划进行基因研究，这可能有助于查明在同位素检测中起关键作用的受体上的氨基酸。这可以帮助拼凑出果蝇的特定隧道机制。
人类也能区分同位素吗？2004年，Vosshall和Andreas Keller发现人们无法区分苯乙酮和它的氘代表亲。但斯库拉基斯说，苍蝇可能对量子振动的影响更敏感。他说，对人类进行轻微的电击（之前的实验中没有这样做）可能会帮助大脑识别差异。
计划在另一种哺乳动物中进行实验。几年前，内华达州里诺大学的约翰·萨格比尔和内华达州里诺沙漠研究所的玛丽·卡布克发现，他们的宠物狗（一只澳大利亚牧羊犬）似乎能够区分普通苯乙酮和氘化苯乙酮。他们现在正在申请资金，看看这些非正式的结果是否也适用于其他狗。
期刊参考：《美国国家科学院院刊》，DOI：10.1073/pnas.1012293108
https://www.newscientist.com/article/dn20130-fly-sniffs-molecules-quantum-vibrations/
**闻到振动的味道了吗？果蝇或许可以。。。**
2011 年 2 月 18 日 德里克·洛
几年前，我在这里写了一篇关于卢卡·图林（Luca Turin）和他的理论的文章，即人的嗅觉至少部分地对振动谱系做出反应。（图林本人就是这本书的主题，这本书的作者（这对有机化学家来说非常有趣和有趣），也是《香水：AZ指南》的合著者ir，这也许是对香水进行全面审查和分类的第一次尝试）。
图林的理论并不是要推翻通常的气味理论（这些理论取决于分子与嗅觉受体结合时的形状和极性），而是要扩展。他认为，气味中存在一些异常现象，无法用当前模型来解释，一直提议进行实验来测试。现在，他和合作者在*《美国国家科学院院刊》上发表了*一篇新论文，其中包含一些非常有趣的数据。他们正在检查果蝇是否可以区分氘化和非氘化化合物。想法是两种形式的大小和形状是相同的；应该没有办法闻出差异。但果蝇似乎可以：以不同的方式区分氘代形式的苯乙酮、辛醇和苯甲醛。例如，氘化苯乙酮对果蝇来说是令人厌恶的（而正常形式很有吸引力），并且随着同位素标记化合物的 d -3 形式转变为 d -5 和 d -8 形式，令人厌恶的质量会增加。
还可以通过条件性回避方案训练果蝇来区分所有同位素对。最有趣的是，如果经过训练避免某种化合物的特定正常或氘代形式，它们在遇到一对新化合物时会做出类似的反应，这似乎表明它们获得了覆盖几种化学类别的“氘化”气味效果。
这篇论文还有更多内容；如果您对此类事情感兴趣，请务必阅读它。人们对它的反应五花八门，从听起来很相信的人到根本不买账的人。不过，如果图林是对的，那么我们可能确实嗅到了 CH 伸缩振动之间的差异，可能是通过电子隧道机制，这是一个相当奇怪的想法。但接下来，这是一个奇怪的世界。
https://www.science.org/content/blog-post/smell-vibrations-fruit-flies-might-be-able
气味的话题在雷佩特的多次对话中被提及。雷的典型反应是，气味的机制并不为人所知，但他认为卢卡·图林博士的理论比主流医学用来解释气味以及其他所有生物学概念还原论有关钥匙锁受体机制更好的解释或药物作用。图林理论 (TT)是，假设人们能够从各种分子中感知到的不同气味，是由于不同的分子振动频率，而不是关键受体机制。例如，苯乙酮（下面研究中使用）等有气味的分子的气味会有所不同，具体取决于人们闻的是“常规”版本还是其同位素（其中分子中的一些氢原子已被氘取代）。普通版本和氘代版本具有相同的结构，但分子质量不同，因此振动频率不同。图林 假设振动模式/频率，而不是简单的分子结构，才是具有嗅觉的生物体如何闻到特定分子的真正决定因素。这确实是一个简洁的理论，其正确性大概可以从因涉及能量和振动的因素而受到“传统”生物学家、化学家、生化学家和医生的广泛唾骂这一事实中猜到。
**闻到振动的味道**
- 2006 年 9 月 26 日 德里克·洛
前几天提到 CS Sell 关于气味和分子的文章让我谈到了 图林 Luca Turin。我认为不能在不提及他的情况下认真讨论化学品及其气味的话题，尽管这些提及往往不是中性的。
图林因提出嗅觉不仅仅是分子形状和官能团而闻名。他列出了一系列令人印象深刻的结构，这些结构提供几乎相同的气味，但具有非常不同的形状，以及一组几乎相同的分子和非常不同的分子的互补集。这些，以及其他几个论点（见下文）使他提出人体不仅对形状有反应，而且对振动光谱有反应。根据这个理论，鼻子闻的是到达的分子的红外光谱。
这并不是一个新想法——于 1938 年首次提出，并于 20 世纪 80 年代初再次提出。不过，两次它都被击落，主要是因为反例，例如对映体分子（对于非化学家来说是镜像），闻起来不同，但具有相同的振动光谱。另一个问题是，没有人能够弄清楚嗅觉受体如何感知振动光谱，因为据人类所知，大多数鼻子既不包含红外光源也不包含红外光探测器。
图林提出电子隧道效应可能提供答案，从固态电子学中得到启发。如果受体对电子流敏感，就可以起到开关的作用。未占据的受体不会有电流，但如果分子的振动模式能量与其填充能级和未填充能级之间的能隙相同，则电子可以通过隧道效应下降到较低的状态。受体本身不会扫描范围——相反，每个受体都会被调整到不同的能隙。给定分子是否对给定受体起作用将取决于其大小和形状（以适合活性位点），还取决于其电荷分布（及其官能团）及其振动光谱。他的理论最完整的出版版本可以在这里找到。
2003年，一本赞颂图林的书问世：《香味皇帝》。详细介绍了振动理论是如何被接受的，人们大多对此表示怀疑。对这本书本身的评论五花八门，从热情的到尖酸刻薄的。最后一类是*《自然神经科学》*（订阅者链接在这里）的一类。当评论家以引用海滩男孩的“Good Vibrations”作为开头时，作者钱德勒·伯尔（Chandler Burr）一定会知道他将度过一段艰难的时光。
我会这样说这个想法：这个理论是精心设计的，因为范围足够广泛，可以容纳大量有关化学气味的令人费解的数据，同时做出一些具体的预测。几乎任何简单的气味理论都可以找到反例，但这个反例更难摆脱。不过，人们并不是没有尝试过。2004年，洛克菲勒大学的一个小组在*《自然神经科学》*上报告了图林预测的一些测试，一家杂志一定很高兴看到他们的手稿。他的三项提议引起了强烈反响：愈创木酚和苯甲醛的混合物呈现出两种单独化合物中都没有的香草气味，具有奇数碳原子的直链醛与偶数碳原子的气味不同，以及氘代苯乙酮气味与母体化合物不同。该组织报告说，这三项都失败了。随附的社论尤其令人讨厌，在我看来，这是毫无必要的。
图林已经讨论了其中的一些结果，可以推断他并不关心洛克菲勒小组的实验设计。（他与一位英国统计学家合作，分析该领域过去的数据对于此类测试提出新的设计）。不过，从现有数据来看，从昆虫到狗的许多动物实际上都可以区分氘化化合物和较轻的类似物。图林还提出氘化/非氘化二甲硫醚作为一对更容易区分的化合物（请参阅这篇长而有趣的评论文章）。那是 2003 年的，在最新结果出来之前，但即使在那时，他也指出振动理论本身无法解释有关气味的许多重要问题（例如感知强度）。但与此同时，他认为标准的“同位素”理论更加缺乏。
图林现在出版了他自己的一本书（订阅者的科学评论）。他还投入资金成立了自己的公司Flexitral，目的是更有效地寻找新的气味剂。到目前为止，该公司已有多种商业产品，据称在稳定性和致敏性方面比现有类似物有所改进。
我愿意相信振动光谱可能是气味的一个组成部分，尽管形状显然也是一个因素。但我敢打赌，下游神经处理的影响即使不是更大，也同样大。现在，我要看看是否可以获得一些氘代二甲硫醚，如果可以，我会继续报告。