鼻子所知道的要比人们认为的更多

<正>新的研究显示,人类的鼻子可以分辨1万亿种不同的气味组合——这比研究人员过去认为的要多许多。尽管人类可以区分数百万种不同的颜色及几乎50万种不同的音调,但研究表明,人类只能区别大约1万种独特的气味,但这种说法还从来没有通过实验证据得以验证。为了解鼻子能检测到多少不同的气味,Caroline Bushdid对28位成年人进行了调查,测试这些受试者对不同数字相同组建模块所创建气味的区别程度。研究人员通过将128种不     

嗅球对嗅觉信息的处理

哺乳动物的嗅觉系统拥有惊人的能力,它可以识别和分辨成千上万种分子结构各异的气味分子。这种识别能力是由基因决定的。近年来,分子生物学和神经生理学的研究使得我们对嗅觉识别的分子基础和嗅觉系统神经连接的认识有了质的飞跃。气味分子的识别是由一千多种气味受体完成的,鼻腔中的嗅觉感觉神经元表达这些气味受体基因。每个感觉神经元只表达一种气味受体基因。表达同种气味受体的感觉神经元投射到嗅球表面的一个或几个嗅小球中,从而在嗅球中形成一个精确的二维连接图谱。了解嗅球对气味信息的加工和处理方式是我们研究嗅觉系统信号编码的一个重要环节。文章概述并总结了有关嗅球信号处理的最新研究成果。     

闻香识英雄

某天清晨闻到的丁香花的独特花香,数年之后仍能记忆犹新,这究竟是为什么?人体能够分辨和记忆大约1万种不同的气味,人为何具有如此的"品"味能力?在人类诸种感觉中,嗅觉产生机理一直是最难解开的谜团之一。20世纪80年代,美国的两位科学家琳达·巴克、理查德·阿克塞尔决心用他们的精诚合作,叩开嗅觉科学的大门。阿克塞尔和巴克发现,人的鼻腔细胞膜上分布着不同气味受体。人体基因总数中的3%,即大约1000个基因,用于对气味受体进行编码,以分辨不同的气味。尽管气味受体只有大约1000种,但它们可以产生大量的组合,形成大量气味模式,这也就是人们能够辨别和记忆大约1万种不同气味的基础。有气味的物质首先会与气味受体结合,这些气味受体位于鼻内上皮的气味受体细胞中。气味受体被气味分子激活后,气味受体细胞就会产生电信号,这些信号随后被传输到大脑的嗅球的微小区域中,并进而传至大脑其他区域,结合成特定模式。由此,人就能有意识地感受到比如茉莉花的香味,并在另一个时候想起这种气味。不仅如此,人的嗅觉系统具有高度"专业化"的特征。比如,每个气味受体细胞仅表达出一种气味受体基因,气味受体细胞的种类与气味受体完全相同。气味受体细胞会将神经信号传递至大脑嗅球中被称为"嗅小球"的微小结构。人的大脑中约有2000个"嗅小球",数量是气味受体细胞种类的2倍。"嗅小球"也非常的"专业化",携带相同受体的气味受体细胞会将神经信号传递到相应的"嗅小球"中,也就是说,来自具有相同受体的细胞的信息会在相同的"嗅小球"中集中。"嗅小球"随后又会激活被称为僧帽细胞的神经细胞,每个"嗅小球"只激活一个僧帽细胞,使人的嗅觉系统中信息传输的"专业性"继续得到保持。僧帽细胞然后将信息传输到大脑其他部分。结果,来自不同类型气味受体的信息,组合成与特定气味相对应的模式,大脑最终有意识地感知到特定的气味。除了在理论上揭开人类嗅觉机能的秘密,两位科学家还发现,鱼的嗅觉器官中大约有100个气味受体,而老鼠却有大约1000个。如今,他们的一些基础研究理论已被运用到实际生活中。比如说,老鼠被训练搜寻地震后被埋在废墟下的人们。老鼠嗅觉灵敏,经过数月训练记住人类的气味后,科学家在它脑内植入电极,并与电子发报机相连。当它们被派往废墟现场,嗅到"目标"的气味之后,脑电波波动图形显示"啊哈,找到了"。此时,技术人员可通过设备确定小老鼠的位置,同时也就能知道被困人员的下落。比如说,日本科学家正在研发的一种"空气炮"。当人们在购物中心物色商品时,它会"开炮"——喷射一种特殊气味,譬如说新鲜面包味或是香水味,经过气味对大脑的刺激,消费者的购物欲望在不知不觉中被大大激发,皮夹中的钱则大把大把流向经营者腰包。虽然上世纪90年代初,两人的这一科学成就曾经在生命科学界引起了不小的轰动,但是他们并没有奢望某一天自己会捧得沉甸甸的诺贝尔奖。当2004年10月4日阿克塞尔得到这一突然而至的喜讯时,他几乎幸福地"晕过去"。瑞典一家广播电台为录制节目,深夜打电话到阿克塞尔位于美国加利福尼亚州的家中。电台记者告知他获奖并向其提问,阿克塞尔非常吃惊,说为获奖而感到荣幸,但强调自己从未想过会得到诺贝尔奖。"那真是不可思议,"他说,"我从未想过这些,我只是在想着我的科学。"记者又问,得知获奖消息后,他要做的第一件事是什么, 他回答说:"我要喝一杯咖啡。"巴克在家中接受美联社记者采访时同样对自己获奖一无所知。她说:"人们都这样说,‘你理应获得诺贝尔奖’,当然,我为此感到非常荣幸。"评委会把这一奖项颁给这两位科学家并非出于任何商业利益或医疗目的,而是为了"鼓励对人类一大重要感官的探索研究"。诺贝尔医学奖并没有设立任何具体的标准。阿尔弗雷德·诺贝尔当年在设立这项奖项时只是表示,该奖项的得主"必须是在医药或生理学领域做出最重要的贡献"。虽然这项成果目前在临床上的意义还很难预测,但这项开拓性的基础研究成果还是摘得了大奖。但评委之一的瑞典卡罗林斯卡医学院教授翁格斯泰特风趣地说:"至少我们终于知道人和人之间有多么不同。弄清楚了为什么有的人那么爱吃的某种食物,在另一些人那里却一点引不起食欲。"或许,翁格斯泰特教授对这一成就早已情有独钟。他说:"这两位教授已经被提名多次。从1991年他们发表那篇论文时,我们就开始关注了。"曾经获得诺贝尔奖的德国科学家胡贝尔曾经说过:我们不关心某个科学领域的应用技术突破,我们只想踏踏实实地搞好我们的基础研究。这种鼓励基础创新的精神正是设立诺贝尔奖的宗旨所在。     

“嗅觉机制”研究的新进展

人类可能会辨出近50万种不同的气味,但对于鼻腔深处发生的嗅觉的机制,仍在探索之中。以色列魏茨曼科学研究所的恩伯特·佩斯,伊曼纽尔·汉斯基等科学家对脊椎动物嗅觉机制的探索初见端倪。他们发现在做实验用的青蛙嗅纤毛中,腺苷酸环化酶的浓度非常高,当嗅纤毛受到4种不同气味的混合气体刺激时,该酶的活性增加了。科学家们认为,嗅觉敏感细胞对气味分子的反应似乎和细胞对激素的反应是相似的。他们在嗅纤毛中还发现一种和G-蛋白质大小和性质相同的蛋白质。所以,他们认为嗅觉的产生可能是以如下程序发生的:当有气味的气体分子和嗅纤毛膜上的受体分子结合后,     

嗅觉器官能辨别气味与特异受体蛋白的存在有关

哺乳动物的嗅觉系统能够察觉出空气中浓度低到一万亿分(1×10~(-12))之几的气味刺激。人类能在万种不同气味中辨别出某种化合物。一种气味被脑所察觉通过气味的识别和神经的作用两个过程。最初的气味信号传导发生在嗅觉神经上皮,而感觉信息的作用发生在嗅球和皮层高级中枢。     

食物气味如何让人食欲大增

<正>食物的香味为何让你食欲大增?《自然-神经科学》上的一项研究找到了原因——大脑嗅球中1型大麻素(CB1)受体的存在。这项研究还发现CB1受体的激活可以加强气味感知从而促进食物摄取,研究人员同时认为这些受体为改变导致肥胖的进食行为提供了一个潜在的药理学靶向。短时间的节食行为被认为可以增加哺乳动物大脑中内源性大麻素的水平浓度。饥饿也被认为可以增强我们对     

封面故事

哺乳动物的嗅觉系统由嗅上皮、嗅球和更高级的嗅觉中枢组成。直接探测气味分子的细胞——嗅感觉神经元位于鼻腔内的嗅上皮上。嗅感觉神经元的纤毛上表达很多气味受体蛋白,这些蛋白可以检测进入鼻腔的气味分子。每个嗅感觉神经元只表达一种特定的气味受体。表达一种气味受体的嗅感觉神经元投射到嗅球中的一到两个嗅小球中,一     

气味诊断肿瘤

人类的皮肤会散发一种化学物质,叫做挥发性有机化合物,数量不同,转而产生独特的味道。虽然我们的鼻子不能察觉它,而犬类敏感的鼻子却能发觉。狗可以被训练“嗅出”肿瘤来,并发觉尿味的变化,这可能会是膀胱肿瘤的征兆。研究人员现在希望利用这一设想来开发非损伤性测试诊断皮肤癌。使通过气味发现肿瘤成为可能。     

尼人鼻子的功用

众所周知,尼安德特人体格粗壮,面部宽阔前突,特别是长着一个硕大的鼻子。但是,尼人的鼻子究竟有多大以及为什么前突,人类学家们有多种解释。新墨西哥州立大学的罗伯特·弗兰西斯科和埃里克·特林卡斯详细研究了南北欧和地中海的尼人化石。研究的结果是,尼人鼻子的突出程度比现代人鼻子的平均值大到多,宽得多。尼人鼻子的鼻孔很大,鼻腔容积也很大,这样可以在呼吸时通过大的气流。无     

关于嗅觉的新发现

关于嗅觉的两个问题,生物学家一直未能很好地解释:鼻子为什么能够识别出那么多种不同的气味?为什么能够嗅出比人工感受器所能感受的还要稀薄1000倍的气味? 美国约翰·霍普金斯大学的斯奈德等人在分离气     

动物的鼻子能耐多

正鲜花的芬芳,炸鸡的喷香,清新的柠檬水,诱人的棉花糖……不用看来不用尝,只靠鼻子你就能感受到它们棒不棒!双髻鲨鲨鱼的鼻子很灵敏,能闻到几千米以外食物的味道。双髻鲨作为鲨鱼家族中最个性的成员之一,头部两端各有一个突起,眼睛和鼻孔分别长在这对突起上。所以,它的两个鼻孔隔得很远,约有1米的距离。双髻鲨的鼻子造型是奇怪了些,但作用却比普通款更给力——科学家认为,这样的鼻子能让双髻鲨们更好地分辨气味来自哪里。     

同性尿液的气味对黑线姬鼠行为的影响

目前许多学者都在做气味对动物的行为影响实验,本实验以黑线姬鼠(Apodemus agrarius)为研究对象,探讨同性尿液对黑线姬鼠行为的影响。实验数据显示黑线姬鼠对同性尿液气味反应明显,嗅舔时间长,嗅舔频次高,并且雌雄个体之间有差异。     

蛋白质将成为生物学研究重点

在科学家对人类基因组进行初步研究后发现 ,人类的基因数量远少于原来的预想 ,科学家由此认为 ,生命的特性并不是全部由基因决定的。人类基因只有 3万至 4万个 ,而蛋白质却有 2 5万种 ,因此对蛋白质研究将成为今后生物学研究的一个新学科前沿。科学家研究发现 ,人类基因是果蝇的两倍 ,比老鼠多 30 0个 ,远少于人类有 6万至 10万个基因的原来预测。负责人类基因组研究科学家认为 ,这表明也许基因并不能包含生命的全部信息 ;同时也表明科学家原来的观点 ,认为一种基因只负责合成一种蛋白质可能是错误的 ,一种基因可能要负责合成几种蛋白质。美…     

多斑岭鳅嗅觉器官表面超微结构及其形态适应

多斑岭鳅(Oreonectes polystigmus)是营洞穴生活的鱼类,嗅觉器官在其生活中发挥了重要作用。本文对保藏于中国科学院动物研究所鱼类标本馆的4尾多斑岭鳅标本进行解剖,利用扫描电镜观察多斑岭鳅嗅囊上皮超微结构,以期了解嗅觉器官适应洞穴黑暗环境而产生的形态适应。多斑岭鳅的嗅囊呈椭圆型,嗅囊长径平均为2.27 mm,嗅囊长径与眼径比平均为1.36,揭示其为"嗅觉"鱼类。其嗅轴为直线型,嗅囊腔内对称紧密排列2排嗅板,嗅板数为22~24个。单个嗅板呈卜状亚型,舌状突起较发达。观察发现,非感觉纤毛连续广布在嗅板各个部位,但在嗅板近嗅轴处较少,此处裸露的表皮多褶皱,其上分布很多细微小孔。感觉纤毛主要分布于非感觉纤毛分布较稀疏的地方。上皮表面微绒毛多,一般在非感觉纤毛下,前后两端嗅板上的微绒毛数量相对较少。多斑岭鳅嗅囊水动力机制应属嗅上皮纤毛运动机制。嗅孔分布不均,中间嗅板上的嗅孔较嗅轴前、后分布的嗅板为多,同一嗅板上近嗅轴处的嗅孔最多。由于纤毛分布不均,嗅上皮可分为裸露区和非裸露区,一般裸露区和非裸露区边界清晰,嗅轴上非感觉纤毛和微绒毛主要分布在非裸露区的凹槽里。嗅轴和嗅板近嗅轴处裸露区面积较大,嗅轴裸露区上皮被一系列的连续的微脊切割成多边形,多边形内具有许多隆起与小孔。嗅轴处正是嗅囊中水流回流的区域,为感受水中气味的重要位置,推测与洞穴生活的习性有密切关系。多斑岭鳅嗅囊形态属于G型,这类鱼类其嗅觉功能在鱼类生命活动中发挥了重要作用。同近缘的地表种相比,多斑岭鳅具有较多的嗅板数目、较多数量感觉纤毛和微绒毛,且其嗅囊长径与眼球径比值大于1,这些都揭示了其为"嗅觉"鱼类,表现出了对洞穴黑暗环境的适应。     

Neuron:研究发现小鼠竟然能感知氧气的浓度变化

正小鼠的基因组中包含了1000多个气味受体基因,这些基因能够帮助小鼠嗅到周围环境中的气味,近日一项刊登于国际杂志Neuron上的研究报告中,来自马普研究所等多个机构的研究人员通过研究发现,小鼠能够利用鼻腔中的神经元来感知吸入空气中氧气的水平,同时小鼠还会依赖两种名为Gucy1b2和Trpc2的基因,但这两个基因并不是气味受体基因。研究发现,小鼠嗅粘膜中的特殊类型的化学感觉神经元能够对环境中氧气水平的降低产生反应,而化学感受细胞能够检测物质浓度的增加;     

你斗不过非洲灰鹦鹉

<正>说到聪明的鸟类,不得不提鹦鹉;说到鹦鹉,不得不提小青。可是小青说:"非洲灰鹦鹉的智商才是真的高,简直高得让我嫉妒!"非洲灰鹦鹉的智商究竟有多高呢?请看以下数据1.据科学家研究,非洲灰鹦鹉的智力和人类4～6岁儿童的智力相当,会区分形状、颜色、材料等,能学习简单的数列,还可以根据声音辨人。2.非洲灰鹦鹉十分擅长模仿人类的语言。它们可以积累1000个以上的词语,并能在相应的语境中使用这些词。     

布氏田鼠在不同光周期下对陌生个体尿液和粪便的气味辨别

研究了成年布氏田鼠在10min内,对不同光照周期下（长光照：LD;短光照：SD）陌生雌／雄个体尿液和粪便两种单一个体气味源的气味行为反应,实验发现：所有雌雄被试鼠对LD气味源比SD气味源表现出更多的嗅闻行为。LD和SD被试鼠对同性／异性尿液气味的嗅闻行为没有表现出明显的差别,但LD被试雄鼠对陌生雌鼠粪便的嗅闻频次显多于SD被试雄鼠,从嗅闻行为特征量（嗅闻行为占所有行为的百分比）来看,所有LD和SD被试雌,雄鼠对尿液的嗅 明显多于粪便,除SD粪便气味外,被试鼠对异性气味源的嗅闻明显多于同性,实验结果表明：作为两种个体气味源,尿液和粪便都带有季节性信息,而且是具有性别特性的。异性的个体气味源比同性的个体气味源更具吸引力;长光照动物的个体气味比短光照动物的气味更具吸引力。     

哺乳动物嗅球的神经网络

嗅球(olfactory bulb,OB)是哺乳动物嗅觉感知的第一级中转站,但是OB不只是对嗅觉信息作简单的传递,嗅觉信息受OB内神经环路的动态调节,并转变为时空特异的神经活动信息后才传递给下一级嗅皮层。由于OB可以处理来自于不同气味受体的将近1 000个不同通道的信息输入,也接受了大量的离心输入,同时,还表达了多种激素的受体,因此,OB提供了一个研究神经网络在功能和发育上极为特异的理想模型。现综述了哺乳动物OB的细胞构筑、局部神经微环路、嗅球到不同嗅皮层的向心输入、嗅球接收来自于嗅皮层和脑干调制类的离心输入以及各条神经环路可能的功能和对气味感知的影响。     

嗅球僧帽细胞具有编码气味空间信息的能力

刺激源的方位是刺激的重要特性之一.行为学的研究发现,动物能够利用气味到达左右鼻腔的时间差和强度差信息对气味方位进行感知,但作为嗅觉系统第一神经中枢的嗅球,是否具有利用两侧鼻间差信息对气味方位进行编码的能力一直受到质疑.为探讨该问题,在本研究中通过比较嗅球中84个僧帽细胞对同侧气味刺激、对侧气味刺激以及对侧气味刺激略先于同侧气味刺激时的反应,发现有29个僧帽细胞可被同侧气味所兴奋,其中18个虽然对对侧气味刺激不反应,但对侧气味的存在却能显著降低其对同侧气味刺激的反应.另外,50个僧帽细胞在只给予同侧或对侧气味刺激时不反应,但其中11个在对侧刺激略先于同侧刺激的方式给出气味时,表现出明显的兴奋性反应.我们的研究结果一方面提示僧帽细胞具有编码气味到达两个鼻腔的时间差,或气味源位置信息的能力;另一方面也表明对侧刺激不仅能对同侧嗅球僧帽细胞产生抑制效应,还可能存在目前还不明确的机制而产生兴奋效应.     

果蝇气味受体复合物Or22a-Or83b研究进展

昆虫的气味受体长久以来被认为是一种G蛋白偶联受体,遵循从线虫到人类的通用模式.但最近的研究显示,果蝇的气味探测与一种蛋白复合体有关,该复合体由一个调节型气味受体,例如Or22a,加上离子通道Or83b,构成一个反转的G蛋白偶联受体构象.调节型气味Or22a受体结合气体分子产生第二信使,并促使Or83b进一步作用.基于此结构基础,揭示出了昆虫气味探测与相关反应的新模式和机理.