Muchy postrzegają zapachy dzięki wibracjom molekularnym

Struktury molekuł zapachowych pozwalają naszemu systemowi węchu na odróżnianie ich, ale – jak się ostatnio okazało - nie tylko je należy brać pod uwagę. Stara teoria wibracji właśnie przeżywa swój wielki powrót, a to za sprawą muszki owocowej (drozofila), która jest w stanie odróżniać molekuły różniące się ...jedynie izotopami.

Węch jest systemem sensorycznym, który polega na interpretacji przez mózg lotnych molekuł obecnych w powietrzu. Jak to wygląda? Otóż, lotne związki są postrzegane przez neurony obecne w węchowej błonie śluzowej nosa, co prowokuje ich aktywację, a w następstwie tej aktywacji - transmisję sygnału nerwowego do opuszki węchowej. Przesłana informacja jest następnie rozszyfrowywana przez mózg, który określa wtedy, czy chodzi o zapach przyjemny dla nas, czy też nieprzyjemny, znany nam czy też całkowicie obcy.

Według pewnej teorii, która liczy zresztą największą liczbę adeptów, to właśnie postać molekuł pozwala naszemu mózgowi odróżnić dwa różne zapachy. Jest więc naprawdę trudno zrozumieć, w jaki sposób dokonuje się odróżnianie dziesiątek tysięcy różnych składników zapachowych, podczas gdy liczba naszych neuronów węchowych jest dość ograniczona.

Poza tym, molekuły, których postaci wydają się bardzo podobne, prowokują czasami wrażenia węchowe bardzo różne. Aby uciąć krótko te wszystkie pytania, niektórzy naukowcy odpowiadają po prostu, że jedna i ta sama molekuła aktywuje wiele różnych neuronów, tak jak klucz, który może przystosować się do różnych zamków. Dany zapach jest postrzegany w zależności od kombinacji aktywnych neuronów. Molekuła nieco inna aktywuje inną już kombinację neuronów, prowokując w ten sposób inne wrażenie zapachowe.

Ale naukowcy z Biomedical Sciences Research Centre  w Grecji oraz z Massachusetts Institute of Technology (Instytut Technologii w Massachusetts, MIT) w Stanach Zjednoczonych mają inny pomysł: już poza samą formą danej molekuły, to jeszcze częstotliwość wibracji molekularnych być może jest odczuwana w inny sposób.

Prawdziwa rewolucja w świecie zapachów!

Aby to wykazać, muszki owocowe (drozofile, Drosophila melanogaster), zostały poddane w laboratorium kontaktowi z dwoma identycznymi molekułami zapachowymi, ale posiadającymi róże częstotliwości wibracyjne. Jeśli ich zapach jest rzeczywiście taki, jak naukowcy przypuszczają, muszki owocowe mogą rozróżnić dwa zapachy i nauczyć się wybierać między jednym a drugim.

Sztuczka polegała na tym, iż naukowcy rozproszyli dwie prawie identyczne molekuły z każdej strony labiryntu: z jednej strony klasyczny acetofenon (keton zapachowy) oraz acetofenon „ciężki” z drugiej strony, gdzie atomy wodorowe acetofenonu zostały zastąpione przez jego naturalny izotop, tak zwany deuter (2H).

W wyniku takich zabiegów struktura tych substancji pozostaje identyczna, ale obecność neutronu w jądrze deuteru, poza protonem już wcześniej obecnym, zwiększa masę molekularną jednej z nich i tym samym spowalnia jej wibracje molekularne, jak wyjaśniają amerykańscy naukowcy.

Muchy rozróżniają… a człowiek?

Muszki najwyraźniej wolały jeden zapach od drugiego, co objawiało się ich przemieszczaniem w kierunku tego ramienia labiryntu, skąd pochodziła molekuła przyjemniejsza dla tych owadów, jak zaobserwowali naukowcy.

W dodatku, zaobserwowali oni nie tylko to, że insekty kierują się preferencyjnie w stronę klasycznego acetofenonu, ale także to, iż acetofenon „ciężki” tym bardziej je odpycha, im większa liczba atomów wodoru została zastąpiona przez deuter.

Muszki wytresowane tak, iż mogły rozpoznawać i unikać molekuły „ciężkiej” (dzięki impulsom elektrycznym), wykazywały również bardzo zauważalną awersję w stosunku do innej molekuły posiadającej te same charakterystyczne wibracje co acetofenon „ciężki”.

Autorzy artykułu, który ukazał się w Proceedings of the National Academy of Sciences, podsumowują więc, że rezultaty te są sprzeczne z „obowiązującym” modelem systemu węchu opartym jedynie na postaci molekuły, a raczej sprzyjają potwierdzeniu istnienia elementu, który jest zdolny wyczuwać różne wibracje molekularne w postrzeganiu zapachu.

Ale przypomnijmy, że poprzednie prace wykazały, iż człowiek nie jest w stanie rozróżnić obydwu molekuł, co oznacza, że węch insektów jest prawdopodobnie bardziej wrażliwy... albo działa inaczej!