Rogue theory of smell gets a boost
http://www.nature.com/news/2006/061204/full/061204-10.html
『物理學家』測試一個關於鼻子如何運作的大膽假說
Philip Ball
Published online: 7 December 2006
doi:10.1038/news061204-10
一個關於我們如何嗅聞的爭議理論，那宣稱我們對於氣味的細微知覺是依靠量子力學，已獲得一群物理學家的讚賞。
University College London（UCL）研究者的計算證明，「我們透過氣味分子的振動而『聞到』知氣味分子」這件事，在物理上來說具有意義。
不過要證明這個理論 -- 那在 1990 年年中由生物學家 Luca Turin (2) 所提出 -- 是正確的，仍有段距離。不過這已讓其他科學家更加嚴肅看待這個點子。
"那是一大躍進，" Turin 說，他目前已在維吉尼亞州開了一家自己的香水公司，Flexitral。他表示，自他發表理論之後，"它就被忽略了，而非受到批評。"
奇特的氣味
大部分的科學家假設定，我們的嗅覺是依賴鼻中的受器，來偵測進入分子的形狀，那會觸發一種抵達腦部的訊號。這種分子的 "鎖與鑰" 過程，被認為遍佈在人體的偵測系統當中：例如，這是某部份免疫系統如何辨識入侵者，以及舌頭如何分辨某些味道。
但是 Turin 爭論道，嗅覺看起來與這幅圖像不太吻合。那些看起來幾乎一樣的分子，聞起來可以非常不一樣 -- 例如：酒精（乙醇），聞起來就像烈酒（spirits），而硫醇類（thiols），聞起來則像臭雞蛋。但結構非常不同的分子，聞起來卻很相似。
最驚人的是，某些分子聞起來可以很不同 -- 對某些動物而言，未必是人類-- 只因為它們包含不一樣的同位素（那些原子在化學性質上幾乎相同，但質量 [中子數] 不同）。
Turin 對於這些臭味事實的解釋，引發了下面這個主意：嗅覺受器蛋白中的嗅覺訊號並非由氣味分子的形狀所觸發，而是由其振動所致，那能夠促使電子以一種稱為「穿隧效應（tunnelling）」的量子力學過程，在受器的二個不同部份跳躍。這種電子運動會發起化送往腦部的嗅覺訊號。
這可以解釋為何同位素聞起來會不同：當原子較重時，它們的振動頻率會改變。UCL 團隊的 Marshall Stoneham 表示，Turin 的機制，比較像揮動門禁卡片，而非一把能夠符合門鎖形狀的鑰匙。
振動協助的電子穿隧效應，肯定會發生 -- 那以用於某種實驗技術中，用來測量分子的振動。 "問題是，這有沒有可能在鼻內發生，" Stoneham 的同事 Andrew Horsfield 表示。
難以置信
Stoneham 表示，當他第一次聽到 Turin 的點子時（那時 Turin 他自己也在 UCL），"我難以置信"。不過，他補充："因為那是一個有趣的點子，我認為我應該證明它是否有效。我做了某些簡單計算，然後開始覺得 Luca 可能是對的。 "現在 Stoneham 及其同事已更全面地完成這項工作，該論文即將在 Physical Review Letters 上發表。
UCL 團隊計算電子在鼻受器（已經有一個增味劑分子與之結合）中的電子躍遷（electron hopping）速率。這種速率依賴各種未知的生物分子系統特性，不過研究者仍可依據這種分子的典型數值來估計這些參數。
關鍵的議題在，當增味劑（odorant）位於受器上時，其躍遷速率是否會比沒有氣味分子時來時明顯增加。計算結果的確如此 -- 這表示以這種方式進行氣味識別，在理論上似乎可行。
但是 Horsfield 強調，這與「證明」Turin 的構想有所不同。"到目前為止，那看起來可能，但我們需要適當的實驗證明。我們正在考慮可以進行何種實驗。"
此時，Turin 已因他的假說更進一步了。 "在 Flexitral 我們僅僅以它們被算出來的振動為基礎，來設計增味劑，" 他說。"我們在增味劑發現的成功率比其他對手要高出 2 個數量級（百倍）。" 最後，他把他的錢放在他鼻子所在之處（意指賺大錢）。
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References
1. Brookes J. C., et al. Preprint,
http://www.arxiv.org/abs/physics/0611205 (2006).
2. Turin L., . Chem. Senses , 21 . 773 - 791 (2006).
※ 本文最初貼於無名小站，後因關站，故重貼於此，並更新一些譯文。相關報導：
＊ Could Humans Recognize Odor by Phonon Assisted Tunneling?
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.98.038101
Jennifer C. Brookes, Filio Hartoutsiou, A. P. Horsfield,
and A. M. Stoneham.
Phys. Rev. Lett. 98, 038101 – Published 16 January 2007
doi: 10.1103/PhysRevLett.98.038101
＊ 研究：人類可分辨一兆種以上的氣味
＊ 物理家首度利用光控制量子穿隧
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