Quantum mechanics may explain how humans smell 

      مکانیک کوانتمی شاید چگونگی بوییدن انسان را توضیح می دهد

Quantum mechanics may explain how humans smell

فرایند بوییدن ار طریق تونل زنی الکترون . ( الف ) یک الکترون موجود در گیرنده ی بینی راه خود را جزء بخشنده ی گیرنده پیدا می کند ؛ ( ب) و ( ج ) بسامد ارتعاش مولکول معطر به الکترون امکان تونل زنی بین حالت های مختلف انرژی را می دهد ؛ ( د)  الکترون وارد واحد گیرنده می شود و مولکول آن را ترک می کند .

 

     دانشمندان مرکز نانو فناوری لندن ( LCN - London Centre for Nanotechnology) در یونیور سیتی کالج لندن به تازگی نظریه ی 10 ساله و کنجکاوی بر انگیز بوییدن را تحلیل کرده و دریافته اند که این ایده شاید بیش از آنچه زمانی تصور می شد منطقی است .

 

دانشمندان دربار ه ی بوییدن فقط چند قطعه از پازل را در اختیار دارند و هنوز معلوم نیست که آن ها چگونه در تصویر بزرگ قرار می گیرند . اصولاً دانشمندان می دانند که مولکول های بودار موجود در هوا چند نوع گیرنده در بینی های ما را بر می انگیزد ، که سپس باعث به کار افتادن یاخته های عصبی مغز جهت تحلیل بو می شوند . اما ، در حالی که دانشمندان می دانند شکل و اندازه ی مولکول ها می تواند باعث متفاوت شدن بوی آن ها شود ، اما برخی مولکول ها ی با شکل تقریباً همانند بوی یکسانی ندارند .

 

این معمای ظاهراً لاینحل ناشی از عدم شناخت ما از چیز هایی است که در هنگام و پیش از بر هم کنش مولکول های بودار با گیرنده های بینی رخ می دهد . این فرایند های اولیه ی در مقیاس اتمی باید شامل برخی معیار های گزینش باشند که توضیح می دهد چرا گیرنده ها به مولکول ها ی با شکل های یکسان ( یا مختلف ) به صورت متفاوت واکنش می دهند .

 

امکانی که فیزیکدانان LCN جیفر بروکس (Jennifer Brooks ) ، فیلیو هارتوسیو ( Filio Hartosiou) ، آندرو هررسفیلد (Andrew Horsfield ) و استو نهام(Marshall Stoneham ) بررسی کرده اند آن است که الکترون های گیرنده ، در صورتی که بسامد ارتعاش مولکول های بودار نظیر اختلاف انرژی بین حالت های انرژی شود ، الکترون های گیرنده را می توان واداشت تا بین این حالت های انرژی تونل بزنند . گروه  LCN امکان فیزیکی این ساز و کار را که ابتدا دانشمندی به نام لوکاتورین (Luca Turin) در سال 1996 مطرح کرده بود بررسی کردند ، و دریافتند که یک مدل کلی این تونل زنی الکترون با قانون های فیزیک و همین طور جنبه های شناخته شده بوییدن سازگار است .

 

تونل زنی کوانتوم مکانیکی ، فرایندی که اغلب در فناوری مورد استفاده قرار می گیرد ، وقتی رخ می دهد که ذره ای در سد تونل بزند که به لحاظ مکانیک کلاسیک ممنوع است . این برای اجسام در مقیاس کوچک ، مانند الکترون ها ، به واسطه ی  ویژگی های موج گونه شان رخ می دهد . اگر ارتعاش های مولکول های بودار ( یا فونون ها ) باعث شود که الکترون های موجود در یک گیرنده ی بینی بین حالت های مختلف تونل بزنند ، سیگنال های عصبی به مغز فرستاده می شود . بسامد های مختلف ارتعاش را گیرنده های مختلف آشکار می سازند ، بنابراین ، چون مولکول های بودار مختلف دارای بسامد های متفاوتند ، پس مشام ما آن ها را متفاوت حس می کند .

 

 استونهام گفت : " شخص من متعجب شدم که پاسخ های ما تا این اندازه قاطع به نظر می رسد – ما مجبور شدیم چیزی را سر هم بندی کنیم تا مقدار های مفید خاصی را برای پارامتر ها اختیار کنیم . در ابتدا اصلاً مطمئن نبودیم . در واقع وقتی اولین بار این ایده را 10 سال قبل شنیدیم ، اصلاً انتظار نداشتیم که عملی باشد . ایده ی ارکاتورین را دوست داشتم – جالب بود – اما معلوم شد آنچه انجام دادیم اصلاً بدیهی نیست . "

 

در حالی تصویر بنیادی شیمیایی بو در گذشته یک مدل «قفل وکلید » بود که در آن مولکول های به شکل متفاوت به گیرنده ها مختلف پر ارزش می یافتند ، گروه LCNبیان می کند که چگونه ساز و کار تونل زنی الکترون بیشتر یک مدل « کارت خوانی » است . مولکول بودار را ، گیرنده هایی که طیف ارتعاش آن را گرفته اند ،مثل یک کارت اعتباری با همساز شدن با شکل آن «می خوانند .»

 

استونهام اظهار داشت " نظریه های مهم دیگر در مورد چگونگی تولید سیگنال های منحصر به برخی مولکول ها ، نظریه هایی است که به شکل مولکولی بستگی دارد ، یعنی عمدتاً ساز و کار های «قفل وکلید » همان طور که در مقالۀ فیزیکال ریویو لتررز خود بیان کرده ایم ، این مدل متداول برای این مولکول های معطر کوچک با شکست بدی مواجه می شود ( مولکول های همانند دارای بوهای مختلف هستند ، مولکول های با شکل های متفاوت دارای یک بو هستند ، فرایند بر انگیخته شدن به خوبی تعریف نشده است . "

 

همان طور که محاسبه های گروه LCN نشان می دهد ، این روش بر انگیزش غیر مکانیکی به لحاظ فیزیکی قابل قبول است ؛ سیگنال الکترونی ناکشسان را می توان رمز گشایی کرد ؛ و به نظر می رسد ارتباطی بین طیف ارتعاش مولکول و بوی آن وجود داشته باشد . گرچه دانشمندان هنوز باید چیز هایی را درباره ی ویژگی های گیرنده ها بدانند ، اما مدل کارت خوانی بینشی را در مورد چگونگی عمل گزینش گری برای مشاهده ی انسان به دست می دهد . استونهام توضیح داد که " در مورد امکان شناخت کامل بوییدن در آیندۀ نزدیک ، سطح های شناخت متفاوتی وجود دارد . اما تا سطحی که بتوان بو ها را طراحی کرد ، احتمالاً آری ( و در واقع لوکاتورین و شرکت او فلکسیترال ( Flexitral) ، نسبتاً موفق بوده اند.)

 

 

ترجمه :دکتر منیژه رهبر

     مرجع