De reden dat je misschien wel met je neus luistert

This post is also available in Engels.

Wetenschappers weten hoe geur werkt in het brein, maar niet precies hoe neuronen chemische informatie “lezen”. Kwantumbiologie zou een antwoord kunnen geven.

Wat gebeurt er als je iets ruikt? Chemicaliën, de geurmoleculen, komen de neus binnen en binden zich aan receptoren in het reukepitheel (het oppervlak in de neusholte). Deze binding zorgt voor een neuraal signaal dat naar de olfactory bulb reist en van daar naar andere breinregio’s, waaronder degene die betrokken zijn bij emotionele reacties en geheugen. Dit laatste deel, hoe geur werkt in het brein (het neurale signaal), begrijpen we goed. Wat onduidelijk is, is hoe de binding gebeurt.

Een algemeen geaccepteerde theorie claimt dat de geurmolecuul een bepaalde vorm heeft die past bij de receptoren in onze neus. De receptor en de molecuul zijn als een slot en een sleutel. Als de vorm niet juist is, zal het niet op de receptor passen. Wanneer een vorm wel bij de receptor past, activeert het een neuraal signaal en daarmee een unieke sensatie van geur.

Dit klinkt als een elegant idee, op een paar dingen na. Er zijn minder receptoren (zo’n 400) in onze neus dan moleculen die we kunnen ruiken (ongeveer 10,000). Daarnaast zijn er geurmoleculen die hetzelfde ruiken maar die een andere vorm hebben. Bijvoorbeeld, benzaldehyde en cyanide zijn verschillend van vorm maar ruiken beiden naar amandelen.

Het slot-en-sleutel mechanisme is misschien niet het hele verhaal over hoe binding van molecuul aan receptor werkt. Sommige wetenschappers zeggen dat processen uit de kwantum mechanica kunnen verklaren waarom moleculen met verschillende vormen hetzelfde kunnen ruiken. Het idee is dat receptoren vibraties van de geurmolecuul kunnen opvangen.

Atomen in een molecuul worden bij elkaar gehouden door verbindingen die lijken op snaren. Deze snaren vibreren. De receptor bevat kwantum deeltjes (elektronen). Vibraties veranderen de afstand tussen de geurmolecuul en de muren van de holte waarin het zich bevindt. Dit helpt de elektronen om van de ene kant van de receptor naar de andere kant te gaan (tunnelen). Deze elektrische stroom is dan wat in de receptor een geurrespons activeert. Maar wanneer elektronen van de ene naar de andere atoom gaan (voorafgaand aan tunnelen), verwoesten ze het elektrische veld van de molecuul. Dit is als een snaar aanslaan. Dus naast de vibraties van de verbindingen van de molecuul, vibreren ook de elektronen de verbindingen in een molecuul voordat ze een tunnel maken.

Dieronderzoek bevestigt dat sommige dieren, zoals fruitvliegjes, atoomvibraties kunnen ruiken. In een studie uit 2011 namen onderzoekers twee moleculen, waarvan de ene een gewone waterstof bevatte, en de ander deuterium bevatte. De moleculen hadden dezelfde vorm. Het enige verschil is dat deuterium zwaarder is en dat het dus langzamer vibreert dan waterstof. Als atoomvibraties niet uit zouden maken, zouden de fruitvliegjes niet in staat kunnen zijn het verschil te herkennen. Maar dit was juist wel het geval.

Onderzoekers trainden de vliegjes om de deuterium versie van de molecuul te vermijden. De training werd gedaan met behulp van lichte elektrische schokken. Daarna lieten de wetenschappers de fruitvliegen door een T-vormig doolhof gaan. Bij de splitsing konden ze kiezen voor deuterium (waarvan ze voorheen een schok van kregen) of waterstof. De vliegen hadden de voorkeur voor de laatste optie. De juiste weg kiezen was alleen mogelijk als de vliegen het verschil tussen de moleculen konden herkennen. Interessant genoeg vermeden de vliegen ook andere moleculen die een vergelijkbare vibratie lieten zien als deuterium. Dit bevestigt dat fruitvliegen gevoelig zijn voor deze frequentie-informatie. Voor mensen zijn er ook onderzoeken gedaan, maar de resultaten zijn niet eenduidig.

Er kan worden geconcludeerd dat ruiken vergelijkbaar is met horen omdat er golven worden opgepikt. Hoewel vibratie theorie niet mainstream wetenschap is, zou het toch serieus moeten worden genomen…. Als we een completer verhaal willen over hoe geur werkt.

Originele taal: Engels

Auter: Julija Vaitonyte
Buddy: Floortje Bouwkamp
Editor: Ellen Lommerse
Vertaler: Jill Naaijen
Editor Vertaling: Wessel Hieselaar

Afbeeldingen 
Pixabay (license)
Ball-and-stick model of the cyanide anion by Ben Mills via Wikimedia Commons
Ball-and-stick model of the benzaldehyde molecule by Jynto and Ben Mills via Wikimedia Commons
Giphy
Fruitfly (Drosophila melanogaster) from Database Center for Life Science (DBCLS) via Wikimedia Commons