我們的嗅覺(jué)似乎是最復(fù)雜的，因此它也是最不為人所知的。為了幫助闡明該系統(tǒng)的一些情況，洛克菲勒大學(xué)的研究人員在昆蟲的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中首次拍攝了嗅覺(jué)受體工作的低溫電子顯微鏡圖像。感受器是幫助我們通過(guò)五種感官了解我們周圍世界的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

皮膚上有觸摸感受器，視網(wǎng)膜上有光感受器，舌頭上有味覺(jué)感受器，內(nèi)耳有聲覺(jué)感受器，鼻子有嗅覺(jué)感受器。它們都對(duì)不同的刺激作出反應(yīng)，打開(kāi)離子通道，將信號(hào)傳遞給大腦，以解釋我們正在經(jīng)歷的事情。

但嗅覺(jué)受體是所有受體中最神秘的。雖然我們只需要在眼睛里有三種類型的受體就可以觀察事物，在耳朵里有六種類型的受體來(lái)聆聽(tīng)聲音，但嗅覺(jué)卻需要超過(guò)400種受體--甚至這些受體也要承擔(dān)雙重任務(wù)來(lái)檢測(cè)數(shù)百萬(wàn)種不同的氣味分子。像咖啡或玫瑰這樣的特定氣味是由數(shù)百種化學(xué)成分組成的，它們刺激不同排列的受體，這種精確的激活模式有助于大腦解碼它到底聞到了什么。

嗅覺(jué)受體在未激活狀態(tài)（藍(lán)色）和被氣味分子激活（粉紅色）時(shí)的圖示。當(dāng)被激活時(shí)，中心的一個(gè)離子通道會(huì)擴(kuò)張，向大腦發(fā)送一個(gè)信息，即該受體已被激活。

"嗅覺(jué)系統(tǒng)要識(shí)別大量的分子，而氣味受體只有幾百個(gè)甚至更少，"該研究的通訊作者Vanessa Ruta說(shuō)。"很明顯，它不得不進(jìn)化出一種與其他感官系統(tǒng)不同的邏輯"。

因此，在這項(xiàng)新的研究中，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究這種復(fù)雜的邏輯。他們想要回答的主要問(wèn)題是一個(gè)單一的受體如何能夠識(shí)別不同的化學(xué)物質(zhì)，盡管這些分子具有不同的尺寸和形狀。

為了找到答案，他們使用了一種叫做低溫電子顯微鏡的技術(shù)，其中包括向冷凍樣品發(fā)射一束電子，以產(chǎn)生其微小分子結(jié)構(gòu)的三維圖像。這是在一種叫做跳躍鬃尾的昆蟲的嗅覺(jué)受體上進(jìn)行的，這種昆蟲有一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的氣味感應(yīng)系統(tǒng)，只包含五種類型的受體。

在這些受體中，研究小組選擇了一種名為OR5的受體，它對(duì)他們測(cè)試的60%的氣味分子都有反應(yīng)。然后他們研究了OR5受體的結(jié)構(gòu)，當(dāng)它單獨(dú)存在時(shí)，以及當(dāng)它與兩種氣味分子之一結(jié)合時(shí)--丁香酚（或丁香油）和驅(qū)蟲劑避蚊胺DEET。

"我們從比較這三種結(jié)構(gòu)中學(xué)到了很多東西，"Ruta說(shuō)。"有趣的是，在未結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，孔是封閉的，但在它與丁香酚或DEET結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，孔已經(jīng)擴(kuò)張，為離子流動(dòng)提供了一個(gè)通道。"

接下來(lái)，研究人員檢查了這些分子與受體結(jié)合的確切位置。盡管這兩種分子非常不同，但它們似乎在完全相同的位置結(jié)合，在受體的一個(gè)口袋里。這實(shí)際上違背了兩個(gè)主要的假設(shè)--受體與分子的一個(gè)特定部分結(jié)合，而該部分可能是一大群氣味所共有的，或者受體使用不同的口袋來(lái)容納不同的分子。更奇怪的是，這些受體和分子對(duì)只是微弱地結(jié)合。

Ruta說(shuō)："這類非特異性的化學(xué)相互作用使不同的氣味劑被識(shí)別。以這種方式，受體對(duì)一個(gè)特定的化學(xué)特征沒(méi)有選擇性。相反，它是在識(shí)別氣味劑的更普遍的化學(xué)性質(zhì)"。

該團(tuán)隊(duì)說(shuō)，這一觀察有助于解釋受體如何能夠與大片的氣味分子結(jié)合，但不是全部。這有助于較小數(shù)量的受體構(gòu)建成一個(gè)能夠識(shí)別數(shù)百萬(wàn)種不同化學(xué)物質(zhì)的嗅覺(jué)系統(tǒng)。

他們還發(fā)現(xiàn)，只需要結(jié)合點(diǎn)的氨基酸發(fā)生一次突變就能改變哪些分子會(huì)被粘住。這反過(guò)來(lái)可以解釋為什么在昆蟲中進(jìn)化出這么多種類的氣味受體。該小組總結(jié)說(shuō)，這背后的一般原則可能也發(fā)生在其他動(dòng)物身上，包括人類。