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寻找新的气味

2019-04-02安德烈

科学之谜 2019年11期
关键词:感受器嗅觉香水

安德烈

伊基托斯是个很难到达的地方。这座城市位于秘鲁亚马孙热带雨林的深处,只能通过飞机或水路到达——没有陆路通往那儿。但对于圣·皮夸特来说,偏远正是其魅力所在。皮夸特是法国香水公司的气味探索者,他去伊基托斯寻找新的制造香水的原料。当地一种植物的根,有着不同寻常的水果和皮革的混合气味,皮夸特想将其带入香水行业。

满世界搜寻新的气味,这是由香味工业的商机驱动的。香味工业规模巨大,全世界年销售额达700亿美元之多,不仅香水,还包括从肥皂、洗发水到芳香蜡烛和空气清新剂等所有产品。

但是,我们为什么愿意花这么多钱买好闻的东西呢?

在主要的感官中,嗅觉是我们了解得最少的,这使得我们很难回答这个问题;但神经科学家、心理学家甚至人工智能研究人员正揭开其神秘的面纱。

气味的偏好是后天习得的

从对香水的喜爱到对腐臭的厌恶,我们所有对气味的偏好都是后天习得的。

首先一个证据是,幼儿对气味并没有特别的偏好,他们会经常做一些让成年人恶心的事情,比如试图吃尿布上的便便。正是父母的教训让他们知道那是一种“不好”的气味。

其二,不同的文化对什么气味令人愉快有不同的看法。譬如,美国人觉得冬青植物的气味很好闻,部分原因是它是根汁汽水(一种添加了冬青植物的根汁制成的无酒精饮料)中的一种重要成分;而欧洲人闻到冬青恐怕要皱眉头,因为这会令他们不快地想起镇痛油——一种你四肢疼痛时会搽的东西。

此外,有研究表明,同一种气味好闻或不好闻,往往取决于触发了哪些联想。例如,许多奶酪中含有与汗袜相同的气味分子——异戊酸。当事先被告知是奶酪味时,每个人都喜欢;但被告知是臭袜子味时,就没人喜欢了。气味没改变,但判断改变了。显然,这些判断都是后天学来的。

我们如何感知气味?

但是,后天习得不是事情的全部。嗅觉作为一种感觉自然有其客观性。这就需要我们去了解嗅觉是如何工作的。

我们的鼻子里有大约400种不同的气味感受器。科学家们对于这些感受器如何识别气味分子仍存有争议:大多数人认为,当气味分子的形状与某个感受器表面刚好互补(比如一个凸,另一个凹),分子就能被这种气味感受器识别出来;但也有人相信,至少有些气味感受器是通过感应气味分子的振动来工作的。

不管实际情况如何,每个气味感受器都能识别出一组不同的气味分子,并且每个气味分子只会触发一个或几个不同的气味感受器。因此,识别一种气味实际上就是激活一个或几个气味感受器,好比在钢琴的一个或几个琴键上弹奏出音符。

让这幅画面变复杂的是,因为每个人拥有的气味感受器不同,所以每个人都在用自己独特的“琴键”演奏。没人能用同样的方式闻东西,甚至个体间微小的遗传差异都会影响我们的嗅觉。比如,一种气味感受体叫OR6A 2,拥有它的一个变种的人比其他人更喜欢香菜的气味。

甚至气味感受器都不是事情的全部。有研究表明,鼻腔粘液中含一种酶,能在气味分子到达感受器之前改变它。目前还没人知道这些酶对气味感知影响有多大,但有迹象表明它们很重要。例如,有些人把一种特殊的气味描述为来自木本植物,而另一些人则把它描述为覆盆子味。进一步的研究发现,这两组人的气味感受器没有任何区别,但在第二组人中,木本植物的气味分子被一种酶转化为具有覆盆子气味的分子了。

预测分子的气味

这些个体差异并没有阻止嗅觉科学家去解决一个大问题:我们事先能根据一个分子的结构,预测它闻起来会是什么气味的吗?如果能,我们就能在实验室制造出需要的气味分子。

回答这个问题的第一个线索出现在10年前。以色列科学家诺姆·索贝尔和他的同事请185个人对90种匿名气味的愉悦度进行评价,然后,对每种气味分子所具有的超过1500项物理属性进行调查统计,找出气味的愉悦度取决于哪些属性。

他们发现,一般来说,好闻的气味往往来自大而结構松散的分子,而小而紧凑的分子则很难闻。因此,分子大小和紧密度是预测气味愉悦度的一个很好的指标——虽然不是绝对的。从那时起,其他几项研究或多或少也证实了这个结论。

为什么大而松散的分子往往对应“好闻的气味”,小而紧致的分子则对应“难闻的气味”呢?答案可能与我们以狩猎-采集为生的祖先如何评估食物的新鲜度有关。我们知道,细菌会吃掉食物中的大分子,把它们分解成更小的分子;所以,食物成分的分子越小,说明它的腐烂程度更甚。反之,亦然。这样,我们渐渐进化出了凭嗅觉就能远离腐烂、致病食物的本领。

人工智能在预测气味方面甚至能做得更好。2017年,人类举行了一个国际性“嗅觉预测挑战赛”,目的是看是否有办法根据分子的物理属性来预测其气味。主办方给参赛者提供了每种气味分子的超过400项物理属性的数据,要求参赛者根据这些气味分子的物理属性,设计出算法,对它们的愉悦度进行评级。一位美国科学家设计的算法最终获胜,该算法在预测愉悦度方面的准确率达到50%——考虑到同一个人对同一分子在不同时刻评价也有所不同,这个准确率已经相当可观。

让气味更丰富

但这些努力有一个很大的缺点:仅专注于单个分子。在实际中,没有哪种情况下你只会遇到一种气味分子。譬如,咖啡或面包等烘焙的食物中,数百种化学物质赋予了它们丰富的香味,这是单一物质无法比拟的。所以,混合气味更需要研究。

香水大师在自己的配方中创造出丰富的香水味时,有自己的一些诀窍。一种典型的香水通常都有几十种成分,而且每种的剂量都必须适当,不让单一的气味占主导。香水师还会配以挥发速率不等的各种成份,使香味随着时间的推移产生微妙的变化,余香缭绕,令人回味。

令人惊讶的是,香水中单个成分闻起来是否愉悦并不重要。香水中通常含有少量听起来似乎不雅的成分,如闻起来有粪便味的粪臭素或麝香猫(一种来自亚洲和非洲的小型哺乳动物)的肛门分泌物。

香水的需求促使香水公司寻找新的气味分子,以便添加到他们的配方中。这就是本文最开始提及的气味探索者圣·皮夸特被法国香水公司派往伊基托斯的原因。不过,许多公司更愿意让化学家在实验室合成某些关键的气味物质。为气味量身定制气味分子,已不远矣。谁知道我们将来会闻到什么古怪的气味呢。

小贴士

粪臭素

见于粪便中,也见于一些花卉中。在高剂量下有恶臭味,但在较低浓度下闻起来有花的香味。

拓展阅读

香水实验室的秘密

并非所有新的香味都需要到偏远地区寻找。有些就在我们眼皮底下。比如香水有一种成分就来自普通的苹果。此外,科学家还成功地从一种珍贵的野生蘑菇中提取了香味。

一旦化学家发现了一种感兴趣的分子,他们就会对它做一些细微的改变,来观察如何影响气味。举个例子:化学家提取了广藿香油中的一种成分,用酶将其发酵,再添加上胡椒味,结果得到一种叫秋水仙木的成分,是目前最热门的新型香水成分之一。

一种新型的气味分子需要满足什么条件呢?首先,这种分子闻起来没有异味;其次,不会干扰其他成分或被生物快速降解;最后,对人体安全。例如,许多从柑橘中提炼的香味分子就不适合用于制造芳香蜡烛,因为燃烧时它们会形成难闻的汽油味。

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