20/2/11

Είναι η μύτη μας μια «κβαντομηχανή»;

Η δική μας δεν ξέρουμε ακόμη, αλλά πάντως της μύγας είναι!
Αντί να ανιχνεύει τις οσμές με μοριακά «καλούπια» αναγνωρίζει την «κβαντική υπογραφή» των ταλαντώσεών τους!
Μια επανάσταση φαίνεται ότι ξεκίνησε στο Ερευνητικό Κέντρο Βιοϊατρικών Επιστημών Αλέξανδρος Φλέμινγκ. Μην πάει ο νους σας στο κακό! Πρόκειται για επιστημονική επανάσταση, για το είδος εκείνο δηλαδή που γίνεται αθόρυβα μεν, ταράζει συθέμελα τις επικρατούσες απόψεις δε.
Στην προκειμένη περίπτωση οι απόψεις που ανατρέπονται αφορούν τη φυσιολογία της όσφρησης, τον μηχανισμό δηλαδή με τον οποίο ο εγκέφαλός μας αντιλαμβάνεται τις οσμές. Οσο για τον αυτουργό αυτής της επανάστασης, δεν είναι άλλος από τον νευροβιολόγο δρα Ευθύμιο Σκουλάκη, ο οποίος κατέδειξε ότι ο εγκέφαλος ξεχωρίζει τις ουσίες που φθάνουν στη μύτη μας από το είδος της «κβαντικής υπογραφής» τους. Με εξαίρεση τη φωτοσύνθεση των φυτών, δεν υπάρχουν (ή οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη ανακαλύψει) κβαντικά φαινόμενα στη φυσιολογία των οργανισμών, εξ ου και η μεγάλη ανατροπή.
Κλειδιά και κλειδαριές
Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Η όσφρηση είναι μια από τις αισθήσεις που παρέμενε για χρόνια ανεξερεύνητη, συγκριτικά τουλάχιστον με την όραση. Κορυφαία στιγμή στην έρευνα της όσφρησης θεωρείται η ανακάλυψη από τους Linda Βuck και Richard Αxel των οσφρητικών υποδοχέων στο επιθήλιο της μύτης. Οι Βuck και Αxel όμως, οι οποίοι τιμήθηκαν για την ανακάλυψή τους με το Βραβείο Νομπέλ Ιατρικής το 2004, διαλεύκαναν μόνο ένα μέρος του μυστηρίου της όσφρησης: γνωρίζουμε σήμερα ότι τα μόρια-υποδοχείς αποτελούν βασικούς λίθους στο σύστημα της όσφρησης, αλλά ο μηχανισμός μέσω του οποίου οι υποδοχείς ανιχνεύουν τις διαφορετικές οσμές δεν είναι ξεκάθαρος....

Οι πλειονότητα των ερευνητών της όσφρησης υποστηρίζει τη θεωρία που θέλει τις οσμές και τους υποδοχείς τους να λειτουργούν όπως τα κλειδιά και οι κλειδαριές. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, κάθε ουσία-κλειδί μπορεί να προσδεθεί μόνο στον αντίστοιχο υποδοχέα-κλειδαριά. Οταν αυτό συμβεί, η στερεοδιάταξη του μορίου του υποδοχέα μεταβάλλεται και πυροδοτείται η διαδικασία «ενημέρωσης» του εγκεφάλου για το γεγονός. Με άλλα λόγια, η ευρέως αποδεκτή άποψη για τη φυσιολογία της όσφρησης θέλει ένα σύστημα που βασίζεται στην αναγνώριση ουσιών μέσω του σχήματός τους.

Χαλασμένο αβγό και βότκα!

Το πρόβλημα είναι ότι η παραπάνω θεώρηση δεν είναι ικανή να εξηγήσει ορισμένες παρατηρήσεις. Παραδείγματος χάριν, οι άνθρωποι διαθέτουν περί τους 400 τύπους οσφρητικών υποδοχέων και η μύγα του ξυδιού μόλις 63. Πώς όμως είμαστε σε θέση να ξεχωρίζουμε περί τις 2.500 οσμές, όπως έχει υπολογιστεί; Επίσης, δεν θα έπρεπε ουσίες με παρόμοια στερεοδιάταξη να έχουν παρόμοιες οσμές και διαφορετικής στερεοδιάταξης ουσίες να διαφέρουν οσφρητικά; Και όμως αυτό δεν συμβαίνει πάντα: αρκεί η αντικατάσταση ενός μορίου οξυγόνου της αιθανόλης (με τη χαρακτηριστική μυρωδιά βότκας) από ένα μόριο θείου και η παραγόμενη αιθανοθειόλη έχει την ανυπόφορη μυρωδιά των χαλασμένων αβγών. Και όμως η στερεοδιάταξη των δύο ουσιών είναι εξαιρετικά όμοια. Αντίθετα, τα βοράνια (ενώσεις βορίου και υδρογόνου), τα οποία δεν έχουν καμία ομοιότητα με την αιθανοθειόλη, μυρίζουν επίσης χαλασμένο αβγό!
Η αδυναμία της υπόθεσης «κλειδί - κλειδαριά» να εξηγήσει φαινόμενα όπως τα παραπάνω έκανε τον Luca Τurin, βιοφυσικό του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ), να επαναφέρει στο προσκήνιο μια παλιά θεωρία για την όσφρηση που είχε πρώτος διατυπώσει ο βρετανός χημικός Sir Μalcolm Dyson, το 1937. Οπως γνωρίζουν καλά οι χημικοί, τα άτομα ενός μορίου δονούνται με συγκεκριμένη συχνότητα και ο Τurin υποστήριξε ότι οι κβαντικές ταλαντώσεις αυτού του τύπου θα μπορούσαν να αποτελούν τη μοριακή υπογραφή κάθε οσμής. Αδυνατώντας να υποστηρίξει πειραματικά την υπόθεσή του, ο Τurin ζήτησε πριν από περίπου δύο χρόνια τη βοήθεια του δρος Σκουλάκη. Ο έλληνας ερευνητής μελετά τους μηχανισμούς της μνήμης και της μάθησης αξιοποιώντας το κλασικό πειραματόζωο Drosophila melanogaster (μύγα του ξιδιού) και είχε ήδη αναπτύξει μεθόδους που επέτρεπαν την εκπαίδευση των μυγών με τη βοήθεια οσφρητικών σημάτων.

Εκπαιδεύοντας τις μύγες

Οι δύο επιστήμονες σχεδίασαν μια σειρά πειραμάτων τα οποία ήταν ικανά να επιβεβαιώσουν ή να διαψεύσουν τη θεωρία του Τurin. Για το πρώτο πείραμα αντικατέστησαν με δευτέριο το υδρογόνο της ουσίας ακετοφένη η οποία είναι προσφιλής στις μύγες. Οπως εξήγησε μιλώντας στο «ΒΗΜΑScience» ο δρ Σκουλάκης, «αυτή η αλλαγή δεν έχει επιπτώσεις στη στερεοδιάταξη του μορίου,αλλά το βαρύτερο δευτέριο επιδρά στη συχνότητα ταλάντωσης της ακετοφενόνης». Σύμφωνα με το άρθρο των δύο ερευνητικών ομάδων το οποίο δημοσιεύθηκε την περασμένη εβδομάδα στη διαδικτυακή έκδοση της επιστημονικής επιθεώρησης «Ρroceedings of the Νational Αcademy of Science» (DΟΙ:10.1073/pnas. 1012293108), η παραπάνω αλλαγή κατέστησε το μόριο της ακετοφένης αδιάφορο στις μύγες, που συνέχιζαν να δείχνουν την προτίμησή τους στην κανονική μη δευτεριωμένη ακετοφένη. Αντίστοιχα ήταν τα αποτελέσματα και για τα ζεύγη κανονικής και δευτεριωμένης οκτανόλης, καθώς επίσης και για τα ζεύγη κανονικής και δευτεριωμένης βενζαλδεΰδης.
Περιττό να πούμε ότι τα αποτελέσματα αυτά σαφώς υποστηρίζουν την υπόθεση του Τurin και έρχονται σε αντίθεση με την επικρατούσα θεωρία για την όσφρηση. Οι ερευνητές όμως θέλησαν να διερευνήσουν περαιτέρω την ικανότητα των μυγών να ξεχωρίζουν τις ουσίες που διέφεραν μόνο στην ταλάντωση και όχι στη στερεοδιάταξη. Ετσι, εκπαίδευσαν τις μύγες να αποφεύγουν την κανονική μορφή μιας ουσίας, π.χ. της ακετοφένης (συνδέοντάς τη με μια μικρή τιμωρία). Παρατήρησαν ότι η γνώση αυτή επεκτεινόταν και σε άλλα ζεύγη ουσιών για τα οποία οι μύγες δεν είχαν εκπαιδευθεί. Με άλλα λόγια, όταν οι μύγες είχαν μάθει να προτιμούν τη δευτεριωμένη ακετοφένη σε σχέση με την κανονική, έδειχναν προτίμηση και στη δευτεριωμένη βενζαλδεΰδη σε σχέση με την κανονική, κάτι που ενίσχυσε ακόμη περισσότερο τη θεωρία Τurin. Ακόμη μία ενισχυτική για τη θεωρία διαπίστωση ήρθε από το τελευταίο πείραμα των δύο ερευνητικών ομάδων. Μύγες οι οποίες εκπαιδεύθηκαν να αποφεύγουν τη δευτεριωμένη οκτανόλη απέφευγαν επίσης ένα νιτρίλιο του οποίου το μόριο, αν και δεν μοιάζει καθόλου με αυτό της δευτεριωμένης οκτανόλης, εμφανίζει την ίδια συχνότητα ταλάντωσης με αυτή. Αντίθετα, οι μύγες που εκπαιδεύθηκαν να αποφεύγουν την κανονική οκτανόλη δεν απωθούνταν καθόλου από το εν λόγω νιτρίλιο.

Από τη μύγα στην ηλεκτρονική μύτη

Σύμφωνα με τον δρα Σκουλάκη, «τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι υπάρχει και μια ανεξερεύνητη ως τώρα συνιστώσα στη φυσιολογία της όσφρησης η οποία θα μπορούσε να εξηγήσει τη δυνατότητά μας να διακρίνουμε πολύ περισσότερες οσμές απ΄ ό,τι οι τύποι των υποδοχέων θα επέτρεπαν. Με δεδομένο ότι οι διαφορές στη συχνότητα ταλάντωσης των ουσιών θα μπορούσαν να εξηγηθούν με κβαντικά φαινόμενα, η νέα αυτή διάσταση έχει ιδιαίτερο και πολυεπίπεδο ενδιαφέρον».
Επόμενος στόχος των ερευνητών είναι να αναζητήσουν τα γονίδια που σχετίζονται με την αντίληψη των ταλαντώσεων στη δροσόφιλα, ενώ σύμφωνα με εκτιμήσεις συναδέλφων τους τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογές σε ένα πλήθος πεδίων, από την αρωματοποιία ως την ανάπτυξη ηλεκτρονικής μύτης για ανίχνευση εκρηκτικών ή ναρκωτικών ουσιών.
ΙΩΑΝΝΑ Α. ΣΟΥΦΛΕΡΗ
www.tovima.gr
To παραπάνω άρθρο είναι η "συνέχεια" του Η κβαντική φύση της όσφρησης

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...