在人類諸種感覺中，嗅覺產(chǎn)生機理一直是最難解開的謎團之一。人能夠分辨和記憶約1萬種不同的氣味，但人具有這種能力的基本原理是什么？2004年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲獎?wù)摺⒚绹茖W家理查德·阿克塞爾和琳達·巴克，通過自己開拓性的工作找到了解開這一謎底的鑰匙，清楚地闡明了人類嗅覺系統(tǒng)的工作方式。
兩位科學家的研究揭示，有氣味的物質(zhì)會首先與氣味受體結(jié)合，這些氣味受體位于鼻上皮的氣味受體細胞中。氣味受體被氣味分子激活后，氣味受體細胞就會產(chǎn)生電信號，這些信號隨后被傳輸?shù)酱竽X的嗅球的微小區(qū)域中，并進而傳至大腦其他區(qū)域，結(jié)合成特定模式。由此，人就能有意識地感受到比如茉莉花的香味，并在另一個時候想起這種氣味。
阿克塞爾和巴克發(fā)現(xiàn)，人體約有1000個基因用來編碼氣味受體細胞膜上的不同氣味受體，這占人體基因總數(shù)的約3％。他們的研究顯示，人的嗅覺系統(tǒng)具有高度“專業(yè)化”的特征。比如，每個氣味受體細胞僅表達出一種氣味受體基因，氣味受體細胞的種類與氣味受體完全相同。氣味受體細胞會將神經(jīng)信號傳遞至大腦嗅球中被稱為“嗅小球”的微小結(jié)構(gòu)。人的大腦中約有2000個“嗅小球”，數(shù)量是氣味受體細胞種類的2倍。“嗅小球”也非常的“專業(yè)化”，攜帶相同受體的氣味受體細胞會將神經(jīng)信號傳遞到相應(yīng)的“嗅小球”中，也就是說，來自具有相同受體的細胞的信息會在相同的“嗅小球”中集中?！靶嵝∏颉彪S后又會激活被稱為僧帽細胞的神經(jīng)細胞，每個“嗅小球”只激活一個僧帽細胞，使人的嗅覺系統(tǒng)中信息傳輸?shù)摹皩I(yè)性”仍得到保持。僧帽細胞然后將信息傳輸?shù)酱竽X其他部分。結(jié)果，來自不同類型氣味受體的信息組合成與特定氣味相對應(yīng)的模式，大腦最終有意識地感知到特定的氣味。
兩位科學家在研究中發(fā)現(xiàn)，每個氣味受體細胞會對有限的幾種相關(guān)分子作出反應(yīng)。絕大多數(shù)氣味都是由多種氣體分子組成的，其中每種氣體分子會激活相應(yīng)的多個氣味受體，并會通過“嗅小球”和大腦其他區(qū)域的信號傳遞而組合成一定的氣味模式。盡管氣味受體只有約1000種，但它們可以產(chǎn)生大量的組合，形成大量的氣味模式，這也就是人們能夠辨別和記憶約1萬種不同氣味的基礎(chǔ)。
阿克塞爾和巴克所發(fā)現(xiàn)的嗅覺系統(tǒng)組織原理，對研究人體其他感覺系統(tǒng)也具有價值。例如，他們發(fā)現(xiàn)，鼻上皮其他區(qū)域還存在能夠檢測信息素的受體，這些受體與氣味受體存在相似。另外，科學家們還發(fā)現(xiàn)，舌頭味蕾中也存在與氣味受體類似的受體。
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