Narizes humanos: dispositivos cheirosos quânticos

Orangotangos cheirando rosas

A tecnologia deu à humanidade uma alternativa de máquina que supera todos os sentidos, exceto um - o cheiro. As teorias atuais não têm sido capazes de explicar nossa capacidade de perceber uma variedade aparentemente infinita de novos cheiros de um repertório limitado de receptores. Se um químico sintetiza um novo composto nunca visto antes na Terra, e nosso sistema olfativo pode detectá-lo, nossos cérebros fabricam vividamente uma experiência completamente nova para ele. Um homem, um perfumista e biofísico chamado Luca Turin, montou nas últimas duas décadas uma teoria altamente contestada que busca explicar como os odores são detectados e transduzidos - convertidos de moléculas em picos neurais. Nesta semana, ele publicou evidências incontestáveis ​​que podem silenciar seus muitos críticos de uma vez por todas.

CarvoneAo longo da história, a aceitação de novas teorias ocorreu não pela conversão de seus detratores, mas porque eventualmente eles a. Um novo insight freqüentemente transmuta o principal argumento contra uma nova teoria em sua mais poderosa peça de evidência. Esse é o caso de uma molécula específica conhecida como Carvone. Conforme mostrado na imagem à direita, o carvone vem em dois enantiômeros - em outras palavras, sabores - que são imagens espelhadas um do outro. Inexplicavelmente, um enantiômero - o R- forma - cheira a hortelã, enquanto o S- forma cheiros de cominho ou endro.



O tradicional fechadura e chave a teoria do olfato afirma que os odores se ligam a bolsas receptoras correspondentes que detectam formas. Essa teoria funciona bem para o carvone, desde que haja receptores diferentes para cada versão. A principal limitação do conceito de fechadura e chave é que existem muitos exemplos em que moléculas com formas completamente diferentes têm cheiro semelhante. Por exemplo, o borano, que não tem ligações de enxofre, ainda tem o cheiro de ovo podre normalmente associado a essas ligações. Acontece que o borano tem picos semelhantes em seu espectro infravermelho (IV) ou vibracional que se sobrepõem aos das ligações de enxofre. Turin afirma que, quando um odorante se liga à bolsa direita, os elétrons podem fazer um túnel através dela de uma forma que depende da frequência com que a molécula vibra intrinsecamente. Todo o espectro vibracional seria dividido com cada receptor comandando um pequeno mandril dele. Nessa interpretação, o nariz se torna mais ou menos um espectroscópio químico.



receptor olfativoO problema que carvone apresenta para a teoria de Turin é que, embora as imagens espelhadas tenham um cheiro diferente, elas possuem espectros IV idênticos. Em dramático contraponto a esse aparente obstáculo, Turin adicionou butanol a uma amostra de carvona de endro e a fez cheirar a hortelã. O butanol tem o mesmo tipo de ligação encontrada na carvona, mas é pequeno o suficiente para deslizar para dentro das bolsas receptoras junto com ele. Os críticos mudaram de direção ao demonstrar que a pequena molécula de acetofenona tem o mesmo cheiro para os humanos, mesmo quando seu espectro vibracional é alterado pela substituição de alguns de seus hidrogênios por átomos de deutério mais pesados. Essa substituição faz com que as ligações da molécula oscilem mais lentamente, alterando efetivamente a ondulação global de toda a molécula e a capacidade dos elétrons de passarem por ela. Turin já havia mostrado em Drosophila, a mosca da fruta, que as formas deuteradas da acetofenona podiam ser discriminadas pelo menos comportamentalmente, mas isso não é tão convincente experimentalmente quanto um humano relatando diretamente o que cheiram.

olfaction-tun-rates_magnifiedO golpe de mestre de Turin, publicado esta semana na Plos One, demonstra que uma granada não derruba todo o forte. Turin formulou a hipótese de que uma molécula maior como um almíscar, com mais pontos que poderiam ser deuterados, seria mais detectável pelos humanos. As moléculas de almíscar são quase tão grandes quanto você pode ir até o ponto em que cabem dentro dos receptores olfativos. Com um peso de quase 300Da (daltons), a maioria deles dificilmente pode ser considerada volátil e tende a residir no solo ou grudar em objetos como árvores. Apenas algumas moléculas desse material potente e caro são, pelo menos para o veado ou javali, o suficiente para fazer seu mundo girar.



Para extrair as várias e sutis formas desses compostos do recipiente em que foram preparados, Turin usa um cromatógrafo de gás. Para evitar qualquer contaminação ou degradação da amostra, os odorantes são frequentemente consumidos diretamente da porta de saída da máquina o mais rápido possível. Os testadores especialistas no estudo avaliaram descritivamente as amostras não euteradas como familiarmente pungentes e almiscaradas, enquanto todas as amostras modificadas vibracionalmente assumiram um novo caráter capturado apenas por palavras como nozes, torrado, oleoso metálico e áspero.

Mesmo essas distinções ainda têm um ar de subjetividade e muitas vezes só se tornam inteligíveis por aqueles que possuem um nariz aguçado e um agudo poder descritivo. À medida que a velha teoria cede a dados obtidos com dificuldade, detecção de máquina será o benfeitor imediato, enquanto, para nós, o nariz artificial, a percepção aprimorada e uma maior compreensão de como embalamos internamente as realidades maiores de nossa paisagem sensorial podem surgir em breve. A decodificação completa dessa habilidade misteriosa continua sendo a fronteira final da ciência sensorial. O genoma está repleto de incontáveis ​​proteínas receptoras extintas, postas de lado na evolução recente, junto com nossos bulbos olfatórios primatas atrofiados. O órgão olfatório é uma área privilegiada do cérebro onde novos neurônios migram e se interconectam continuamente, tornando-o uma região atraente para o estudo da regeneração. A redistribuição eventual das intuições perdidas do canino por meio de tecnologia apropriada enriquecerá nossa experiência humana de maneiras que só agora podemos imaginar.

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