Mirisi-melodije kvantnih vibracija

Već neko vrijeme, naučnici su podijeljeni u dva tabora kada pričaju o načinima na koji funkcioniše miris - kako ga mi i (druge) životinje percipiramo. Velika većina smatra kako mirisne molekule djeluju onako kako djeluju enzimi - tako što se "uglavljuju" na druge proteine i mijenjaju im oblik. Ova 3D promjena u strukturi se onda percipira kao "miris".

Druga, mnogo manja grupa na čelu sa biofizičarem Lucom Turinom, smatra kako teorija promjene oblika ne daje odgovore na neke probleme vezano za percepciju mirisa. Luca Turin je krenuo putem Freemana Dysona i oštro brani svoju teoriju, koja, zapravo, kaže kako je miris posljedica kvantnih efekata. Vrlo hrabra teorija, složićete se. 

Luca Turin

Respektabilni Nature Magazine nije htio objaviti rad Luce Turina - sve je zvučalo isuviše luđački i bilo je premalo konkretnih dokaza. Međutim, ono što je Turin pričao početkom devedesetih, možda i drži vodu - čak je i Nature pisao kako je Turin izgleda u pravu .

Prema Turinu, mi imamo neku vrstu spektrometra u nosu. 

Zapravo, ova teorija tvrdi da je percipiranje mirisa posljedica vibracija molekula - kao da one zvone poput zvona. Svaka molekula ima neki svoj "otisak" te vibracije. Zbog kvantnih efekata u koje sad ne bih ulazila, molekule vibriraju jer se veze između atoma "rastežu" proizvodeći neku specifičnu frekvenciju. Ne znam da li je termin "rastezanje" dobar, doduše spominje ga i Turin, ali u svom glavnom radu tu pojavu naziva "inelastic electron tunneling" Laboratorije koriste ove jedinstvene vibracije - posljedicu "odskakanja" elektrona u infracrvenom dijelu spektra kako bi determinisale neko nepoznato jedinjenje i to rade pomoći spektrometra. Spektrometrijom se dobije taj otisak koji prikazuje neku molekule kao valnu funkciju i onda se to poredi sa linijama iz baze podataka. Ovako izgleda specifičan dijagram vibracija mjerenih spektrometrom molekule kumarina:

Kumarin, Image: Luca Turin (za TED)

Prva stvar koju Turin predviđa jeste da molekule koje vibriraju gotovo isto, bez obzira što im je struktura molekule različita, trebaju imati sličan miris. Tako je za potrebe jedne parfimerijske kuće kreirao molekulu koja miriše slično kao kumarin, ali nije kumarin - sadrži još jedan petociklični prsten umetnut. Ta molekula se zove tonken, prema tonka grahu i poređenje linija kumarina i tonkena izgleda ovako:

Image: Luca Turin (za TED)

Da, tonken  (ljubičasta linija) miriše poput kumarina (bijelo). Iako mu je molekula drugačija.

Danas aktuelna teorija kaže da je ovo suludo.

Ipak, postoji način da se nešto dokaže.

Organska jedinjenja, osim karbona, sadrže i atome hidrogena. A hidrogen dolazi u nekoliko formi - normalni i dva nenormalna. Ta dva nenormalna hidrogena su izotopi hidrogena deuterijum ("teški hidrogen") i tricijum. Normalno, atom hidrogena nema neutron u jezgru. To je jedini atom bez neutrona, znači ima samo jedan elektron i jedan proton. Međutim, atom deuterijuma ima i jedan neutron, pa je zato atomska masa deuterijuma veća u odnosu na hidrogen, dok tricijum ima čak dva neutrona, što ga čini težim i od hidrogena i od deuterijuma.

Druga stvar koju Turin tvrdi je da kada bi umjesto normalnog hidrogena u molekuli mirisnog organskog spoja bio deuterijum molekula bi sasvim drugačije vibrirala - i ne bi imala sličan miris.

Turin je ispitao hipotezu tako što je kreirao molekulu mošusa (pa da - mošus se danas sintetizira, a ne dobiva od jadnih životinja) koja umjesto hidrogena sadrži deuterijum - "deuterizirani" mošus.Ta molekula je mirisala više kao zagorjeli vosak nego kao mošus. Zatim, pokazao je i kako vinske mušice mogu osjetiti razliku između normalne (H) i deuterizirane (D) molekule acetofenona.

Ipak, mnogi naučnici još smatraju kako ove razlike između H i D-varijanti molekula nisu dovoljan dokaz teorije vibracija i da vibracije uzrokuju percipiranje mirisa. Također, sve da je ova hipoteza potpuno tačna, ona bi objašnjavala samo dio problema - šta "radi" molekula, ali ne i biohemiju i fiziologiju percipiranje mirisa u našem organizmu, kako funkcioniše taj mehanizam.

Pojavili su se i radovi koji nisu dokazali kako ljudi mogu razlikovati H i D verziju molekula acetofenona, no Turin ne odustaje od dokazivanja i borbe za svoju hipotezu.

Bez obzira na to da li će se ova hipoteza pokazati tačnom ili ne, treba priznati da je to jedna od najzanimljivijih stvari koje se trenutno dešavaju u nauci. Egzotičnost mogućnosti da se kvantni efekti (u ovom slučaju "inelastic electron tunneling") osjete na nečemu većem od subatomskih čestica daje ovoj hipotezi dozu šarma, a Turinova izlaganja su privlačna, tako da će biti zanimljivo posmatrati ishod ove naučne rasprave. 

I, za kraj, Police, "Message in the bottle":