اسرار حس بویایی

محققان دانشکده‌ی‌پزشکی دانشگاه پیتزبورگ رویکرد بنیادی (Underlying mechanism) مربوط‌به چگونگی استشمام بو را، پس‌از بررسی‌های پی‌در‌پی طی یک دهه دریافتند. با استنشاق بو، مخلوطی پیچیده (Complex mixture) از مولکول‌های  بو درحالت چرخش به‌سمت قسمت پشتی‌بینی فرستاده می‌شود و در‌آنجا این مولکول‌ها به گیرنده‌های اختصاصی متصل می‌شوند که روی میلیون‌ها نورون بویایی قرار‌دارند. فعال‌سازی این گیرنده‌ها نشانه‌های هشدار‌دهنده‌ای را از نورون‌های بویایی به مغز می‌فرستد و در‌آنجا بوی مربوطه رمزگشایی می‌شود. هر‌یک از این نورون‌ها تنها یک‌نوع گیرنده دارد و بنابراین، تنها مولکول‌های بوی خاصی را تشخیص می‌دهد. اما، صد‌ها نوع مختلف از گیرنده‌‌های بویایی را به تعداد تقریباً برابر کل جمعیت این نورون‌ها یافته، یا بیان می‌شوند و این به شخص امکان‌می‌دهد تا تنوع گسترده‌ای از بو‌ها را تشخیص‌دهد.

طی دهه‌های گذشته،دانشمندان علوم ‌اعصاب (Neuro Scientists) تلاش‌کردند تا کشف‌کنند که چگونه طبیعت این دوهدف را تحقق‌می‌بخشد: انتخاب یک و تنها یک‌نوع گیرنده‌ی بویایی برای هر‌نورون و درعین‌حال تضمین اینکه تمام انواع نورون‌ها در کل جمعیت نورون‌ها وجود دارند.       

رمز و راز‌های شیوه‌ی استنشاق بو سبب‌شده تا مشاهدات تجربی  (Experimental observation)متعددی در‌باره‌ی چگونگی عمل گیرنده‌های بویایی صورت‌گیرد. محققان از این داده‌های آزمایشی موجود  استفاده‌کردند تا یک مدل رقابتی را در‌باره‌ی گونه‌ای که بیان گیرنده‌ی بویایی را در ‌هر‌نورون مجزا که در‌عین‌حال، درکل جمعیت نورون‌ها بسیار متنوع است، ارائه‌دهند. آنها سپس‌ از این مدل برای پیش‌بینی صحیح چند یافته‌ی دیگر که سایر گروه‌های تحقیقاتی نشان‌داده بودند، استفاده کرده و نشان‌دادند که مدل مراقبتی (Computational model) آنها معتبر است.

شگفتی در‌این اسـت که این مدل نشـان‌می‌دهد که بیـان ژن (Gene expression) گیرنده‌ی بویایی یک سیستم تنظیمی سه‌شاخه‌ای دارد که از یک اصل پایه‌ای فیزیک به‌نام همکاری تبعیت می‌کند. بر‌طبق این اصل، عناصر موجود در هرسیستم بر رفتار یکدیگر تأثیر‌می‌گذارند، به‌جای‌آنکه مستقل از‌هم عمل کنند. با استفاده از اصل همکاری می‌توان بسیاری از پدیده‌ها را توضیح‌داد؛ مانند انتقال بین حالت‌های مایع و بخار، اینکه چرا روغن و آب با‌هم مخلوط نمی‌شوند و حتی دیگر فرآیند‌های زیست‌شناسی مانند اینکه چگونه پروتئین تکثیر ‌می‌شود. این یافته‌ها راه را برای پیش‌بینی‌های جدید در‌باره‌ی نحوه‌ی کارکرد گیرنده‌های بویایی باز‌می‌کنند، که می‌توان این کارکرد را در آزمایش‌های آینده امتحان‌نمود و نتایج حاصله به این گروه کمک‌می‌کند تا مدل خود را اصلاح‌کنند و حتی پیش‌بینی‌های بیشتری را به‌عمل آورند.