Вибрации запаха: Чем пахнут квантовые эффекты
То, что нам известно о механизме различения запахов, можно сравнить с несколькими кусками головоломки, которые никак не хотят складываться в цельную картину. Известно, что за восприятие запахов отвечают специальные рецепторы, расположенные в носу. Известно, что существует множество видов рецепторов, каждый из которых реагирует на молекулы определенного типа. При встрече с подходящим одорантом («пахнущей молекулой») рецептор возбуждается и передает соответствующий импульс нервной системе.
Предполагается, что каждый рецептор может реагировать лишь с молекулами определенного размера и формы, другими словами, молекула-одорант выступает в роли своеобразного «ключа», который должен точно соответствовать конфигурации «замка»-рецептора. Однако эта логичная и внешне непротиворечивая модель плохо соотносится с экспериментальными данными. Так, например, известно, что молекулы практически идентичной формы могут пахнуть совершенно по-разному, в то время как абсолютно разные молекулы нередко пахнут одинаково.
Чтобы объяснить эти несоответствия, необходимо выяснить, как именно взаимодействует рецептор с молекулой-одорантом. Группа ученых из Лондонского центра нанотехнологий (London Centre for Nanotechnology, LCN) пришла к выводу, что в основе восприятия запахов лежит т.н. туннельный эффект, описанный в рамках квантовой физики. Механизм квантового тунеллирования предполагает, что благодаря своим волновым свойствам элементарная частица может совершить перемещение, запрещенное законами классической физики. Так, например, она способна внезапно оказаться по другую сторону непроницаемого барьера, или же перейти в запрещенное энергетическое состояние.
Исследователи предположили, что под действием атомарных вибраций одоранта электроны в молекуле-рецепторе переходят в запрещенный энергетический статус, формируя нервный импульс. При этом разные рецепторы реагируют на вибрации конкретной частоты, а не на молекулы конкретной формы.
Туннельную концепцию распознавания запахов впервые высказал знаменитый Люка Тьюрин (Luca Turin) в 1996 г., а физики LCN провели ряд экспериментов, способных подтвердить или опровергнуть существование соответствующих механизмов. Они пришли к выводу, что предложенная Тьюриным модель прекрасно соотносится как физическими, так и с биологическими данными.
Маршалл Стоунхэм (Marshall Stoneham), один из участников исследования, сказал:
— Лично я был удивлен однозначностью полученных результатов: вначале мы отнюдь не были уверенны в правильности туннельной модели. Честно говоря, когда я впервые ознакомился с этой концепцией десять лет назад, я был склонен считать ее неверной. Лука Тьюрин высказал очень оригинальную и совершенно неочевидную идею.
По мнению исследователей, распознавание одорантов больше похоже считывание контактной магнитной карты, нежели на взаимодействие типа «ключ-замок». То, что рецепторы реагируют в первую очередь на колебания молекул, позволяет объяснить феномены, противоречащие традиционным представлениям — прежде всего, тот факт, что разные по строению вещества пахнут одинаково, а практически идентичные — абсолютно по-разному. Частота колебаний атомов в молекуле определяется ее размером, составом и формой, при этом молекулы разной формы могут производить очень похожие колебания. Ученые отмечают, что химическое и механическое распознавание молекул тоже способно играть определенную роль в распознавании запахов, однако ключевыми здесь являются именно квантовые эффекты.
По публикации Physorg.Com