Чувствительность к запахам объяснили квантовой механикой

Мухи различают запахи, улавливая колебания отдельных молекул, имеющие квантово-механическую природу.

Такой вывод сделала группа ученых по итогам экспериментов с дрозофилами, которые должны были выбирать между обычным и "тяжелым" веществом ацетофеном, в котором вместо изотопа водорода протия был дейтерий. Результаты этой спорной работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а коротко о них пишет New Scientist.

Общепринятая на сегодня теория предполагает, что обонятельная система живых существ (по крайней мере, достаточно сложных) различает запахи по системе "ключ-замок". То есть, сигнал от обонятельных рецепторов поступает в мозг только в том случае, если молекула по форме точно подходит к соответствующему рецептору. Эта теория была подтверждена множеством экспериментов, однако пока она не может объяснить некоторые факты - например, ученые до конца не понимают, почему некоторые молекулы с очень похожей структурой воспринимаются животными как дающие совершенно различные запахи.

Авторы новой работы решили проверить иную гипотезу. Ученые, работавшие с дрозофилами, предположили, что обонятельные рецепторы мух могут реагировать не на форму молекул, а на их колебания. Каждое соединение колеблется со своей индивидуальной частотой в зависимости от того, какие атомы входят в его состав. Изотопы водорода протий и дейтерий отличаются по массе - протий состоит из одного протона, а в состав дейтерия входит еще и нейтрон. Эта разница мало сказывается на химических свойствах веществ, в состав которых входят разные изотопы, однако она приводит к различным частотам колебания их молекул.

Ученые проводили эксперименты с ацетофеном - веществом, привлекательным для мух. Исследователи помещали в разные рукава лабиринта обычный ацетофен и ацетофен, в котором часть протия была заменена на дейтерий. Оказалось, что дрозофилы чаще выбирают рукав, в конце которого находился ацетофен с дейтерием. Кроме того, ученым при помощи слабых электрических зарядов, пропускаемых по полу лабиринта, удалось натренировать мух избегать обычного или "тяжелого" ацетофена. Эти результаты означают, что мухи способны четко отличать это вещество с различными изотопами.

Работа исследователей вызвала неоднозначную реакцию в исследовательском сообществе. Часть критиков указывают, что дейтерий и протий сильно различаются по массе, что приводит к ощутимому различию их химических свойств (для изотопов более тяжелых элементов разница не столь существенна), и поэтому говорить о том, что мухи ощущают именно колебания, имеющие квантово-механическую природу, преждевременно. Кроме того, скептики отмечают, что ранее были проведены исследования, продемонстрировавшие, что люди не способны отличить запах обычного и "тяжелого" ацетофена. Обонятельная система у насекомых может быть устроена иначе, но, тем не менее, новые данные требуют дополнительного подтверждения.