Квантовая физика объясняет обоняние

Как сообщают ученые Американского Физического Общества, мы близки к пониманию принципов, по которым происходит различение запахов.

И не только запахов, а в целом процессы избирательного распознавания сигналов живыми
организмами.

Уже достаточно давно известно, что носителем любого запаха являются молекулы летучих веществ, которые улавливаются рецепторами носа. Рецепторы представляют из себя очень большие белковые молекулы, имеющие «площадки» для связывания сигнальных молекул и способные передавать этот сигнал в обонятельные зоны мозга, где он и обрабатывается.

 

Согласно устоявшимся воззрениям, особая пространственная форма «ароматической» молекулы определяет способ ее детекции нашим носом, поскольку обонятельные рецепторы «подогнаны» по форме к конкретным молекулам запаха, как «ключ» и «замок». Однако в дополнение (а может быть, и в противовес) к этой теории «пространственного соответствия» исследователи Массачусетского Технологического Университета предложили «вибрационную» теорию рецепции запахов и ее математическое и квантово-химическое доказательство. В основе этой теории лежит представление о том, что любая молекула – это уникальный комплекс атомов, соединенных между собой подобно шарикам на пружинках. Пружинки могут вибрировать.

Частота вибраций определяется в том числе и массой атома-«шарика». Поскольку какая-либо молекула – это особое сочетание атомов, то все молекулы имеют свои характеристические частоты вибраций, которые являются как бы их индивидуальными подписями. Но чтобы возбудить, например, в сигнальной молекуле (запаха) колебания, она должна «поглотить» квант энергии строго определенной частоты, т.е. частоты, соответствующей ее характеристической частоте.

Источником этого кванта, вероятно, является сам обонятельный рецептор. Он детектирует только те молекулы, которые могут абсорбировать испущенный им квант энергии, а значит. Таким образом, вместо теории «соответствия форм» ученые предлагают гипотезу «соответствия частот колебаний» для объяснения процессов молекулярного узнавания.

 

«Живым» доказательством этой гипотезы является тот факт, что мухи могут различать молекулы, химически абсолютно идентичные, но содержащие разные изотопы водорода, отличающиеся по массе. Молекулы, в состав которых входит более тяжелый изотоп водорода, имеют меньшие частоты вибраций (представьте две одинаковые пружинки, на одной висит легкий шарик, на другой тяжелый; какой будет колебаться с меньшей частотой?), и мушиные рецепторы способны это различить!

 

Перспективы этого открытия – создание «электронного носа», превосходящего по избирательности любой из сегодня существующих химических сенсоров.