Η ανθρώπινη μύτη «αναγνωρίζει μόνο δέκα κατηγορίες οσμών»

Καθημερινά μυρίζουμε γύρω μας χιλιάδες μυρωδιές αλλά η πλούσια αυτή «υπερπαραγωγή» οσμών μπορεί να χωριστεί μόλις σε 10 βασικές κατηγορίες, με τον ίδιο τρόπο που η γεύση κατηγοριοποιείται σε πέντε βασικές γεύσεις. Αυτό υποστηρίζει νέα μελέτη η οποία προσέγγισε το μυστήριο της όσφρησης με μαθηματικό τρόπο προκαλώντας ποικίλες αντιδράσεις. Οι κατηγορίες περιλαμβάνουν «αναμενόμενους» χαρακτηρισμούς αρωμάτων –όπως π.χ. φρουτώδη ή λεμονάτα– αλλά και απρόσμενες μυρωδιές, όπως αυτή του ποπ κορν.

Αναλύοντας τις αισθήσεις

Άλλες αισθήσεις, όπως η γεύση, η ακοή και η όραση, έχουν μελετηθεί διεξοδικά και αναλυθεί ποσοτικά από τους επιστήμονες, οι μηχανισμοί της όσφρησης παραμένουν όμως σε μεγάλο βαθμό μυστηριώδεις για τους ειδικούς. Ο Τζέισον Κάστρο από το Κολέγιο Μπέιτς και ο Τσάκρα Τσενουμπότλα από το Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ είδαν το ζήτημα από τη στατιστική-υπολογιστική πλευρά, αναλύοντας μια βάση δεδομένων που είναι γνωστή ως ο «Άτλας των προφίλ του χαρακτήρα των οσμών».

Τα προφίλ του Άτλαντα αυτού, ο οποίος συντάχθηκε το 1985 από τον Αντριου Ντράβνιεκς, περιλαμβάνουν μακροσκελείς περιγραφές εθελοντών για 144 διαφορετικές οσμές – όπως π.χ. «λουλουδάτη», «γλυκιά» ή «βαριά». Με μια τεχνική ανάλογη με αυτή που χρησιμοποιείται για τη συμπίεση ενός αρχείου, η οποία μειώνει το μέγεθός του χωρίς να παραποιεί χρήσιμες πληροφορίες που αυτό μπορεί να περιέχει, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα μαθηματικό μοντέλο για να προσδιορίσουν ποιοι συνδυασμοί χαρακτηρισμών ήταν οι πιο βασικοί.

Οι δέκα κατηγορίες

Η ανάλυση κατέληξε σε 10 βασικές κατηγορίες οσμών από τις οποίες «χτίζονται», όπως υποστηρίζουν οι ερευνητές, όλα τα οσφρητικά ερεθίσματά μας: ευωδιαστή, ξυλώδης/ρητινώδης, φρουτώδης (εκτός των εσπεριδοειδών), χημική, μέντας/δυόσμου, γλυκιά, λεμονάτη, ποπ κορν, ξινίλας και σήψης (οι δυο τελευταίες κρίνονται αηδιαστικές). 

 «Έχουμε αυτές τις δέκα βασικές κατηγορίες επειδή αντανακλούν σημαντικές ιδιότητες του κόσμου - κίνδυνος, τροφή και ούτω καθεξής» δήλωσε ο καθηγητής Κάστρο στο BBC. «Αν γνωρίζει κάποιος αυτές τις βασικές κατηγορίες τότε μπορεί να αρχίσει να εξετάζει πώς κατασκευάζονται οι οσμές».

Παρ’ όλα αυτά η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «PLoS ONE», έχει προκαλέσει αντιδράσεις – κάτι όχι σπάνιο στον χώρο της έρευνας γύρω από την όσφρηση.

Ορισμένοι την κατηγορούν για ελλείψεις, άλλοι λένε ότι προσφέρει «τροφή για σκέψη» ενώ άλλοι απλώς περιμένουν να δουν αν θα επαληθευτεί. Ο δρ Κάστρο και οι συνεργάτες του ασχολούνται αυτή τη στιγμή με το ζήτημα από την αντίθετη κατεύθυνση, εφαρμόζοντας τη θεωρία τους στην πράξη για να «προβλέψουν» οσμές. «Δεν έχουμε λύσει το πρόβλημα του να μπορεί κάποιος να προβλέψει μια οσμή με βάση τη χημική δομή της, ελπίζουμε όμως ότι θα το κάνουμε» τόνισε ο καθηγητής.

Πηγή : Βήμα Science

Δείτε ακόμη :
"Εισαγωγή στη χημεία της όσφρησης"
"Είναι η ανθρώπινη όσφρηση κβαντική ;" 

Είναι η ανθρώπινη όσφρηση κβαντική ;

Η όσφρησή μας είναι και κβαντική, δείχνει ελληνική μελέτη 

Ο Έλληνας νευροβιολόγος Δρ Ευθύμιος Σκουλάκης από το Ερευνητικό Κέντρο Βιοϊατρικών Επιστημών «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» στη Βάρη σε συνεργασία με τον βιοφυσικό Λούκα Τιούριν, που τότε εργαζόταν στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) είχε ως στόχο να διερευνήσει το πώς μυρίζουμε. Σε αντίθεση με την όραση και την ακοή, η όσφρηση παραμένει ακόμη και σήμερα η λιγότερο μελετημένη αίσθηση και οι δύο συνεργάτες επιζητούσαν να ρίξουν φως στα παράδοξα της όσφρησης.

Τα κενά της θεωρίας

Βλέπετε, η επικρατούσα θεωρία για την όσφρηση δεν φαίνεται ικανή να εξηγήσει κάποιες παρατηρήσεις. Η θεωρία αυτή θέλει την ύπαρξη ενός μηχανισμού αντίστοιχου με εκείνου του κλειδιού και της κλειδαριάς: οι ουσίες-κλειδιά φτάνουν και προσδένονται στα μόρια-κλειδαριές που εντοπίζονται στις μύτες των θηλαστικών ή στις κεραίες των εντόμων. Αποτέλεσμα της πρόσδεσης είναι η αλλαγή της στερεδιάταξης του μορίου-κλειδαριάς γεγονός που πυροδοτεί την αποστολή χημικών σημάτων στον εγκέφαλο ώστε να αντιληφθεί, να καταγράψει την έλευση της ουσίας-κλειδιού.

Η θεώρηση αυτή για τη λειτουργία της όσφρησης δεν έχει προβλεπτική ικανότητα: δεν μπορεί κανείς να υποθέσει πώς θα μυρίζει ένα μόριο μόνο και μόνο από τη στερεοδιάταξή του. Παραδείγματος χάριν, η αντικατάσταση ενός μορίου οξυγόνου της αιθανόλης, η οποία έχει μυρωδιά βότκας, από ένα μόριο θείου δίνει την αιθανοθειόλη η οποία αν και με στερεοδιάταξη πολύ κοντά σε αυτή της αιθανόλης, έχει την ανυπόφορη μυρωδιά των χαλασμένων αβγών. Κι ακόμη, είναι γνωστό ότι υπάρχουν μόρια που έχουν σχεδόν ίδια μυρωδιά αλλά η στερεοδιάταξή τους είναι τελείως διαφορετική (και ως εκ τούτου δεν μπορεί να αποτελούν κλειδί για την ίδια κλειδαριά).
Οι ταλαντώσεις

Εργαζόμενοι με την Drosophila melanogaster (μύγα του ξιδιού), οι δύο συνεργάτες έδειξαν πριν από δύο χρόνια ότι τα έντομα αντιλαμβάνονται τις οσμές από τις ταλαντώσεις των μορίων τους. Καθώς όμως οι ανθρώπινοι οσφρητικοί υποδοχείς διαφέρουν από εκείνους των εντόμων, οι δύο ερευνητές θέλησαν να διερευνήσουν αν το ίδιο ίσχυε και για εμάς.

Για να το πετύχουν αυτό ζήτησαν τη βοήθεια της Vioryl, της μόνης ελληνικής βιομηχανίας αρωμάτων η οποία διαθέτει μια μεγάλη ερευνητική ομάδα αποτελούμενη κυρίως από χημικούς. Η ομάδα αυτή πήρε ένα από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα μόρια στην αρωματοποιία, το μασκ (musk) και το τροποποίησε. Για την ακρίβεια, άλλαξε τα άτομα υδρογόνου με άτομα δευτέριου (το δευτέριο είναι ισότοπο του υδρογόνου). Η αλλαγή είχε σαν αποτέλεσμα να μεταβληθούν οι μοριακές ταλαντώσεις του musk, αλλά όχι και η στερεοδιάταξή του.

Σύμφωνα με το άρθρο των Ελλήνων ερευνητών το οποίο δημοσιεύεται στην επιθεώρηση PlosOne, η δευτεριωμένη έκδοση του musk μυρίζει διαφορετικά από την κανονική. Με άλλα λόγια, ένας άνθρωπος μπορεί να ξεχωρίσει τη μια από την άλλη.

Είναι λοιπόν η μύτη μας μια κβαντομηχανή ; Ο Λούκα Τιούριν ξέρει ότι παίρνει χρόνο για να αλλάξουν οι παλιές θεωρίες. Αλλά, τα τελευταία ευρήματα ίσως είναι αρκετά για να πούμε ότι υπάρχει και μια κβαντική συνιστώσα στην ανθρώπινη όσφρηση.

Πηγή : ΒΗΜΑScience

Δείτε ακόμα :

Εισαγωγή στη χημεία της όσφρησης

Αρώματα

Η Chanel κάνει την επανάσταση.

Η Μέριλιν Μονρόε, όταν ρωτήθηκε σε μια συνέντευξη το 1954 τι φοράει όταν κοιμάται, απάντησε "μόνο πέντε σταγόνες Chanel Νο5".

Το Chanel No5 κατέχει μιαν ιδιαίτερη θέση στην ιστορία της Χημείας, γιατί είναι το πρώτο άρωμα που περιείχε ένα συνθετικό συστατικό. Το 1921 στο Παρίσι η σχεδιάστρια μόδας Gabrielle "Coco" Chanel ζήτησε ένα άρωμα να συνοδεύσει τη συλλογή της και αυτό δημιουργήθηκε από τον Ernest Beaux, που ανάμεσα στα άλλα φυσικά συστατικά χρησιμοποίησε και μια αλδεϋδη, την 2-μεθυλο-ενδεκανάλη, ένα συνθετικό συστατικό. 

Το μυστικό του Chanel No5 δεν ήταν μόνο τα συστατικά του, αλλά και οι αναλογίες τους. 

Μέχρι να αναπτυχθούν οι σύγχρονες μέθοδοι ανάλυσης, παρέμειναν εφτασφράγιστο μυστικό.

Ο ρόλος της όσφρησης

Επειδή τα περισσότερα είδη ζώων δεν είναι πάντα σεξουαλικά διαθέσιμα, τις στιγμές που μπορούν να ζευγαρώσουν, τα θηλυκά εκπέμπουν ένα είδος ισχυρού "μηνύματος" προς τα αρσενικά, μέσω χημικών ενώσεων, που λέγονται φερομόνες. Αρκεί μια ελάχιστη ποσότητα φερομονών - της τάξης μg (εκατομμυριοστό του γραμμαρίου) - για να πάρει το μήνυμα το αρσενικό. Η ίδια η φερομόνη, λοιπόν, δρα σαν προπομπός της σεξουαλικής επιθυμίας. 

Στον άνθρωπο, η σχέση όσφρησης-σεξουαλικότητας δεν είναι σαφής. Εξάλλου, η όσφρηση ως αίσθηση είναι υποβαθμισμένη στον άνθρωπο. Σήμερα οι περισσότεροι άνθρωποι καλύπτουν τις οσμές τους με αρώματα. Όμως παλιότερα δεν ήταν έτσι : έχει μείνει ιστορικό το γράμμα του Ναπολέοντα στην Ιωσηφίνα μετά τη μάχη του Αούστερλιτς : 

"Ne te lave pas ! Je reviens "  (Μην πλυθείς ! Έρχομαι...)

Η χημεία της γοητείας : τα αρώματα

Αρχικά τα αρώματα εξάγονταν από φυσικές πηγές. Από αυτή την άποψη, το γιασεμί είναι πολύ φειδωλό στην εξαγωγή αιθέριου ελαίου : για 1 κιλό προϊόντος χρειάζονται 4,5 εκατομμύρια λουλούδια περίπου, που ζυγίζουν 750 κιλά. Αντίθετα από τα πορτοκάλια μπορούμε να πάρουμε τρία διαφορετικά αιθέρια έλαια : από τη φλούδα, από τα άνθη και από τα φύλλα.

Σήμερα, οι χημικοί έχουν απομονώσει πολλά από τα συστατικά των αρωμάτων και τα παρασκευάζουν συνθετικά. Το κυριότερο συνθετικό συστατικό των αρωμάτων είναι οι αλδεΰδες. Όμως, οι χημικοί μέχρι τώρα δεν έχουν κατορθώσει να διακρίνουν ακόμα όλα τα δευτερεύοντα, αλλά σημαντικότατα στην οσμή, συστατικά τους.

Ένα άρωμα, είτε φυσικό, είτε συνθετικό, αφ' ενός πρέπει να "δέσει" με άλλα αρώματα σ' ένα "μπουκέτο" - και γι' αυτό χρειάζεται και κάποιο ταλέντο, εκτός από τη χημεία - αφ' ετέρου πρέπει να αραιωθεί, ώστε η μυρωδιά του να γίνει πιο ευχάριστη. Για την αραίωση χρησιμοποιείται αιθυλική αλκοόλη (οινόπνευμα).

Εξάλλου, επειδή πολλά αρώματα έχουν πάρα πολύ γλυκιά μυρωδιά, η οποία πρέπει να μετριαστεί ή εξατμίζονται πάρα πολύ εύκολα, οπότε η ταχύτητα εξάτμισης πρέπει να ελαττωθεί, προστίθενται ορισμένες ουσίες που λέγονται στερεωτικά. Τα στερεωτικά είναι συνήθως ζωικές ύλες που αυτούσιες έχουν πολύ δυσάρεστη οσμή, αλλά όταν τις αραιώσουμε πάρα πολύ, χρησιμοποιούνται γι' αυτή την "εξισορρόπηση". Ένα από τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα στερεωτικά είναι η μοσχόνη, που εκκρίνεται από τον μόσχο τον μοσχοφόρο και τη μοσχογαλή.

Έτσι, τελικά, νιώθουμε μάλλον μια συμφωνία οσμών, παρά μια διαδοχή τους.

Εκεί που τελειώνει η χημική τεχνολογία, αρχίζει η διαφήμιση...

Το ερώτημα πλανάται : το αξίζουν πραγματικά πολλά αρώματα που πωλούνται σε πολύ υψηλές τιμές ;

Εδώ η Χημεία σηκώνει τα χέρια. Η επιλογή ενός αρώματος, είναι κρίση καθαρά υποκειμενική...

Διαβάστε ακόμα : Εισαγωγή στη Χημεία της όσφρησης

Εισαγωγή στη Χημεία της όσφρησης

Είναι εντελώς φυσικό να θέλουμε να ελκύουμε τους άλλους ανθρώπους, όταν συζητάμε με αυτούς ή όταν φλερτάρουμε. Πώς κοινοποιούμε αυτή την επιθυμία στους γύρω μας ; 

Η γλώσσα του σώματος είναι ο ένας τρόπος, η οσμή είναι ο άλλος. Και τα δύο λειτουργούν
στη "χημεία" μας, αλλά χρησιμοποιώντας την αίσθηση της όσφρησης, το μήνυμα είναι καθαρά χημικό.
Η αίσθηση της όσφρησης στους ανθρώπους είναι λιγότερη ισχυρή σε σύγκριση με τα ζώα και βέβαια η όσφρηση είναι η τελευταία από τις αισθήσεις που κατανοήθηκε. 

Μέσα στη μύτη μας συμβαίνει μια μοριακή αλληλεπίδραση. Υπάρχουν αισθητήρες που μπορούν γρήγορα να παγιδέψουν και να ανιχνεύσουν μόρια που μεταφέρονται με την αναπνοή. Εάν εφαρμόζουν στο σωστό υποδοχέα, θα αναγνωριστούν και αυτό θα μεταφερθεί στον εγκέφαλό μας. 

Στην πραγματικότητα υπάρχουν διάφοροι τύποι υποδοχέων και η ενεργοποίηση των συνδυασμών τους καθορίζει την οσμή που καταλαβαίνουμε. 

Σε χημικό επίπεδο, ένα βιολογικό κύτταρο είναι ένας σάκος που περικλείεται με τη μεμβράνη,
γεμάτος με μοριακά σχήματα που αλληλεπιδρούν σε ένα υδατώδες υγρό. 

Οι σύνθετες διαδικασίες μέσα σε έναν οργανισμό συχνά αρχίζουν με ένα μοριακό "κλειδί" που εφαρμόζει σε μια αντίστοιχη μοριακή "κλειδαριά". Το κλειδί μπορεί να είναι ένα μικρό μόριο που κυκλοφορεί σε ένα υγρό του σώματος, ενώ η κλειδαριά είναι συνήθως είναι ένα μεγάλο μόριο, γνωστό σαν υποδοχέας, που συχνά βρίσκεται μέσα σε μια κυτταρική μεμβράνη.
Η επιφάνεια του υποδοχέα περιέχει μια κοιλότητα με συγκεκριμένο σχήμα (θέση του υποδοχέα), που εκτίθεται στο υγρό που περνάει. Χιλιάδες μορίων διέρχονται από αυτή τη θέση, αλλά όταν ένα μόριο έχει το κατάλληλο σχήμα (το μοριακό "κλειδί") και φτάνει στον υποδοχέα, αυτός το "αρπάζει" μέσω διαμοριακών έλξεων και αρχίζει η βιολογική επίδραση. 

Ας δούμε πώς λειτουργεί αυτό το συνταίριασμα στην όσφρηση. Μια ουσία πρέπει να έχει ορισμένες ιδιότητες για να έχει οσμή. Για να ταξιδεύει μέσω του αέρα, πρέπει να είναι αέριο ή ένα υγρό ή στερεό που να περνάει εύκολα στην αέρια φάση. Για να φτάσει στον υποδοχέα πρέπει να είναι διαλυτό, έστω σε μικρή έκταση, στη λεπτή ταινία υδατικού διαλύματος που περνάει από ρινικές διόδους. 

Ακόμα πιο σημαντικό είναι το ότι το μόριο με την οσμή ή ένα μέρος του πρέπει να έχει σχήμα που εφαρμόζει σε έναν από τους οσφρητικούς υποδοχείς που καλύπτουν απολήξεις νεύρων βαθιά στις ρινικές διόδους. Όταν συμβεί αυτό, οι νευρικές ωθήσεις φτάνουν στον εγκέφαλο που τις μεταφράζει σαν μια ειδική οσμή. 

Στη δεκαετία του 1950, εισάχθηκε η στερεοχημική θεωρία της όσφρησης για να εξηγήσει τη σχέση μεταξύ της οσμής και του μοριακού σχήματος. Η βασική της προϋπόθεση είναι ότι το σχήμα του μορίου (και μερικές φορές η πολικότητά του) και όχι η χημική σύστασή του είναι η πρωταρχική ανίχνευση της οσμής του. Σύμφωνα μ' αυτή τη θεωρία, υπάρχουν επτά πρωταρχικές οσμές και καθεμιά αντιστοιχεί σε ένα από τους επτά διαφορετικούς τύπους των οσφρητικών υποδοχέων. 

Οι επτά οσμές είναι : καμφορά, μοσχοβόλος, ανθώδης, μέντας, αιθέρα, καυτερή και σαπίλας (οι δύο τελευταίες οσμές εξαρτώνται περισσότερο από την πολικότητα των μορίων, παρά από το σχήμα τους).

Πολλές προβλέψεις της θεωρίας αυτής επιβεβαιώθηκαν πειραματικά. Αν δύο ουσίες εφαρμόζουν στον ίδιο υποδοχέα, πρέπει να έχουν την ίδια οσμή, ακόμα και αν η σύστασή τους διαφέρει.
Η καμφορά, το εξαχλωροαιθάνιο και το κυκλοοκτάνιο, ουσίες με διαφορετική σύσταση, ταιριάζουν και οι τρεις στον υποδοχέα καμφοράς και πραγματικά έχουν τέτοια οσμή. Αν διαφορετικά τμήματα ενός μορίου ταιριάζουν σε διαφορετικούς υποδοχείς, το μόριο πρέπει να έχει ανάμικτη οσμή. 

Τμήματα του μορίου της βενζαλδεΰδης ταιριάζουν στους υποδοχείς καμφοράς, ανθώδους και μέντας που σημαίνει τελικά μυρωδιά αμυγδάλου. Πραγματικά, άλλα μόρια που έχουν την ίδια μυρωδιά, ταιριάζουν και στους τρεις υποδοχείς. 

Παρ' όλα αυτά, η πρόβλεψη της οσμής μόνον από το σχήμα δεν είναι τόσο απλή.
Ένας από τους βασικούς λόγους αποτυχίας είναι ότι ένα μόριο στην αέρια φάση μπορεί να έχει πολύ διαφορετικό σχήμα από το σχήμα που θα έχει στο διάλυμα, από το οποίο το ανιχνεύει ο υποδοχέας. 

Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 αποδείχθηκε η παρουσία 1000 υποδοχέων και πιστεύεται ότι με τους διάφορους συνδυασμούς, ένας άνθρωπος μπορεί να διακρίνει πάνω από 10.000 οσμές.
Αν και η βασική αρχή της παλιάς θεωρίας γίνεται δεκτή - ότι η οσμή εξαρτάται από το μοριακό σχήμα η φύση της εξάρτησης είναι σύνθετη και είναι περιοχή έρευνας για τις βιομηχανίες τροφίμων, καλλυντικών και εντομοκτόνων. Η αίσθηση της όσφρησης είναι τόσο ζωτική που το σημείο αυτό είναι πεδίο έρευνας εκτός από χημικούς και για βιολόγους. 

Πολλές άλλες βιοχημικές διεργασίες ελέγχονται από την εφαρμογή ενός μορίου σε μια θέση υποδοχέα σε ένα άλλο μόριο : τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που εφαρμόζουν σε ορισμένες θέσεις και διευκολύνουν έτσι τις αντιδράσεις, νευρικές ωθήσεις μεταφέρονται όταν μικρά μόρια απελευθερώνονται από ένα νεύρο και εφαρμόζουν σε υποδοχείς σε ένα άλλο, οι ορμόνες ρυθμίζουν την απελευθέρωση ενέργειας και την ανάπτυξη με την εφαρμογή και ενεργοποίηση υποδοχέων, όπως επίσης η λειτουργία των γονιδίων καθορίζεται όταν συγκεκριμένα νουκλεϊνικά οξέα εφαρμόζουν σε ειδικές θέσεις άλλων. 

Πραγματικά, καμία άλλη μοριακή ιδιότητα δεν είναι τόσο κρίσιμη για τα ζώντα συστήματα, όσο το σχήμα. 

Διαβάστε ακόμα : Αρώματα