مكانيك كوانتمي شايد چگونگي بوييدن انسان را توضيح مي دهد

منبع / نويسنده : سایت هوپا -ترجمه :دكتر منيژه رهبر

فرايند بوييدن ار طريق تونل زني الكترون . ( الف ) يك الكترون موجود در گيرنده ي بيني راه خود را جزء بخشنده ي گيرنده پيدا مي كند ؛ ( ب) و ( ج ) بسامد ارتعاش مولكول معطر به الكترون امكان تونل زني بين حالت هاي مختلف انرژي را مي دهد ؛ ( د) الكترون وارد واحد گيرنده مي شود و مولكول آن را ترك مي كند .

دانشمندان مركز نانو فناوري لندن ( LCN - London Centre for Nanotechnology) در يونيور سيتي كالج لندن به تازگي نظريه ي 10 ساله و كنجكاوي بر انگيز بوييدن را تحليل كرده و دريافته اند كه اين ايده شايد بيش از آنچه زماني تصور مي شد منطقي است .

دانشمندان دربار ه ي بوييدن فقط چند قطعه از پازل را در اختيار دارند و هنوز معلوم نيست كه آن ها چگونه در تصوير بزرگ قرار مي گيرند . اصولاً دانشمندان مي دانند كه مولكول هاي بودار موجود در هوا چند نوع گيرنده در بيني هاي ما را بر مي انگيزد ، كه سپس باعث به كار افتادن ياخته هاي عصبي مغز جهت تحليل بو مي شوند . اما ، در حالي كه دانشمندان مي دانند شكل و اندازه ي مولكول ها مي تواند باعث متفاوت شدن بوي آن ها شود ، اما برخي مولكول ها ي با شكل تقريباً همانند بوي يكساني ندارند .

اين معماي ظاهراً لاينحل ناشي از عدم شناخت ما از چيز هايي است كه در هنگام و پيش از بر هم كنش مولكول هاي بودار با گيرنده هاي بيني رخ مي دهد . اين فرايند هاي اوليه ي در مقياس اتمي بايد شامل برخي معيار هاي گزينش باشند كه توضيح مي دهد چرا گيرنده ها به مولكول ها ي با شكل هاي يكسان ( يا مختلف ) به صورت متفاوت واكنش مي دهند .

امكاني كه فيزيكدانان LCN جيفر بروكس (Jennifer Brooks ) ، فيليو هارتوسيو ( Filio Hartosiou) ، آندرو هررسفيلد (Andrew Horsfield ) و استو نهام(Marshall Stoneham ) بررسي كرده اند آن است كه الكترون هاي گيرنده ، در صورتي كه بسامد ارتعاش مولكول هاي بودار نظير اختلاف انرژي بين حالت هاي انرژي شود ، الكترون هاي گيرنده را مي توان واداشت تا بين اين حالت هاي انرژي تونل بزنند . گروه LCN امكان فيزيكي اين ساز و كار را كه ابتدا دانشمندي به نام لوكاتورين (Luca Turin) در سال 1996 مطرح كرده بود بررسي كردند ، و دريافتند كه يك مدل كلي اين تونل زني الكترون با قانون هاي فيزيك و همين طور جنبه هاي شناخته شده بوييدن سازگار است .

تونل زني كوانتوم مكانيكي ، فرايندي كه اغلب در فناوري مورد استفاده قرار مي گيرد ، وقتي رخ مي دهد كه ذره اي در سد تونل بزند كه به لحاظ مكانيك كلاسيك ممنوع است . اين براي اجسام در مقياس كوچك ، مانند الكترون ها ، به واسطه ي ويژگي هاي موج گونه شان رخ مي دهد . اگر ارتعاش هاي مولكول هاي بودار ( يا فونون ها ) باعث شود كه الكترون هاي موجود در يك گيرنده ي بيني بين حالت هاي مختلف تونل بزنند ، سيگنال هاي عصبي به مغز فرستاده مي شود . بسامد هاي مختلف ارتعاش را گيرنده هاي مختلف آشكار مي سازند ، بنابراين ، چون مولكول هاي بودار مختلف داراي بسامد هاي متفاوتند ، پس مشام ما آن ها را متفاوت حس مي كند .

استونهام گفت : " شخص من متعجب شدم كه پاسخ هاي ما تا اين اندازه قاطع به نظر مي رسد – ما مجبور شديم چيزي را سر هم بندي كنيم تا مقدار هاي مفيد خاصي را براي پارامتر ها اختيار كنيم . در ابتدا اصلاً مطمئن نبوديم . در واقع وقتي اولين بار اين ايده را 10 سال قبل شنيديم ، اصلاً انتظار نداشتيم كه عملي باشد . ايده ي اركاتورين را دوست داشتم – جالب بود – اما معلوم شد آنچه انجام داديم اصلاً بديهي نيست . "

در حالي تصوير بنيادي شيميايي بو در گذشته يك مدل «قفل وكليد » بود كه در آن مولكول هاي به شكل متفاوت به گيرنده ها مختلف پر ارزش مي يافتند ، گروه LCNبيان مي كند كه چگونه ساز و كار تونل زني الكترون بيشتر يك مدل « كارت خواني » است . مولكول بودار را ، گيرنده هايي كه طيف ارتعاش آن را گرفته اند ،مثل يك كارت اعتباري با همساز شدن با شكل آن «مي خوانند .»

استونهام اظهار داشت " نظريه هاي مهم ديگر در مورد چگونگي توليد سيگنال هاي منحصر به برخي مولكول ها ، نظريه هايي است كه به شكل مولكولي بستگي دارد ، يعني عمدتاً ساز و كار هاي «قفل وكليد » همان طور كه در مقالۀ فيزيكال ريويو لتررز خود بيان كرده ايم ، اين مدل متداول براي اين مولكول هاي معطر كوچك با شكست بدي مواجه مي شود ( مولكول هاي همانند داراي بوهاي مختلف هستند ، مولكول هاي با شكل هاي متفاوت داراي يك بو هستند ، فرايند بر انگيخته شدن به خوبي تعريف نشده است . "

همان طور كه محاسبه هاي گروه LCN نشان مي دهد ، اين روش بر انگيزش غير مكانيكي به لحاظ فيزيكي قابل قبول است ؛ سيگنال الكتروني ناكشسان را مي توان رمز گشايي كرد ؛ و به نظر مي رسد ارتباطي بين طيف ارتعاش مولكول و بوي آن وجود داشته باشد . گرچه دانشمندان هنوز بايد چيز هايي را درباره ي ويژگي هاي گيرنده ها بدانند ، اما مدل كارت خواني بينشي را در مورد چگونگي عمل گزينش گري براي مشاهده ي انسان به دست مي دهد . استونهام توضيح داد كه " در مورد امكان شناخت كامل بوييدن در آيندۀ نزديك ، سطح هاي شناخت متفاوتي وجود دارد . اما تا سطحي كه بتوان بو ها را طراحي كرد ، احتمالاً آري ( و در واقع لوكاتورين و شركت او فلكسيترال ( Flexitral) ، نسبتاً موفق بوده اند.)