有些分子為什麼會帶有氣味,氣味的本質是什麼?

有東西是有氣味的,比如花香或者油漆刺鼻的味道還有像氨氣一樣有氣味的氣體,但是空氣和一些物體是無味的。那麼氣味本身的性質是什麼,是分子還是分子之中的某種物質?


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氣味這一概念出自人(或者別的動物)的大腦對空氣中特別的化學成分的感知與識別。也就是說,氣體分子本身是沒有氣味這一屬性的,是大腦創造了氣味。

圖片來自Olfaction

1. 嗅球 2. 僧帽細胞 3. 骨 4. 鼻腔上皮 5. 嗅小球 6. 嗅細胞

人體內感受氣味的是在鼻腔頂部的嗅粘膜,那裡分布著很多嗅細胞。但是它並不是在呼吸空氣的主要通路上,而是受鼻甲阻擋,所以只能接觸到迴旋方式的氣體。如果你想增強呼吸的敏感度,可以採用短促而快速的呼吸,這樣會讓更多的氣體接觸嗅粘膜。

簡單地說,嗅覺產生的過程是這樣的。嗅細胞(圖中的6)感受到空氣中的特定成分後,會產生神經衝動。嗅細胞穿過鼻腔上皮(4)和骨板(3),把嗅覺神經衝動送到大腦底部的嗅球(1)中。這裡有2000多個嗅小球(5),接受對應的氣味信號。嗅小球收到信號後,激活相聯繫的僧帽細胞(2),把信號傳遞到大腦中更高級的嗅覺中樞。

嗅覺能夠識別的氣味種類很多。這就要求嗅覺細胞能夠和多種氣體分子發生反應。人體中有約1000個基因用於生產不同的感受嗅覺的蛋白質,或氣味受體。這些氣味受體分布在嗅覺細胞上,分別和特定的幾種氣體反應。就是說,一種受體只能感應幾種特定的氣體。但是,多個受體可能對相同的氣體都有感應,這樣受體可以以組合的方式感應數量龐大的氣體類型(10000多種)。

所以,氣味並不是氣體本身的屬性,而是人的大腦認識周圍環境的一種能力,本質上是生物化學反應和神經活動,是在漫長的進化歷程中逐漸形成的。人類,甚至其他動物,對氣味的識別都是用於幫助適應環境,提高生存幾率的。所以,人的嗅覺選擇性的識別對生存有意義的氣體。人類能夠識別的氣味大概可以分為以下幾類。

  • 香味:主要來自食物,如水果,香料,煮熟的蛋白質(肉香),或者可以找到食物的線索,如花,草,或者有利的環境,如木頭,大海,礦物等。

  • 臭味:來自對人體有害的物質,我就不舉例了。一般含有硫,氮等成分。

  • 腥味:來自生的動物蛋白質。我估計人類學會吃熟食後就把它當成是一種厭惡的氣味了。

  • 膻味:來自生的動物脂肪。

  • 焦糊味:來自經高溫的食物,不能食用。

人的嗅覺和味覺是有聯繫的。味覺其實相對簡單,長期以來,人們認為只有4中味覺:酸,甜,苦,咸。後來又加上了鮮。最近聽說」肥「也是一種味覺。但是我們吃飯的時候感覺味道很複雜,遠遠不是這幾種味道能夠概括的,這就是嗅覺的功勞。感冒時鼻子不通,吃東西沒有味道就是這個道理。

有趣的是,嚙齒動物的聽覺和嗅覺是聯繫在一起的,構成了一個新的感覺叫做smound (smell + sound)。這是怎樣一種感受我就想像不出來了。可能這種奇特的感覺可以幫助發現天敵。

很多動物的都有一個輔助嗅覺系統用於感受異性的荷爾蒙。人類雖然沒有這個輔助嗅覺系統,但是同樣可以聞到異性的荷爾蒙氣味。這種特殊氣味的荷爾蒙叫佛羅蒙。每個人的氣味都是不一樣的,它體現了人體免疫系統的一些特性。由於免疫系統差異較大的人結合產生的後代會比較健康,所以人類傾向於選擇這樣的人作為伴侶。人類對於佛羅蒙的嗅覺可以幫助找到這樣的對象 - 他/她會感覺和某些特定的氣味比較有吸引力,這也是人類對感受性感的一個方面。


氣味本質上也可以看做一種信息(世界的基元:物質結構、能量和信息),是氣體分子與人體感受器相互作用後產生的生物電信號,傳達到大腦之後被人理解為氣味。沒有氣體分子和感受器的相互作用便不存在相應屬性的信息。

與其說氣體分子為什麼會有氣味,不如說人體為什麼存在相應的感受器。感受器的化學結構非常微妙,到底是一種氣體對應一種特定的感受器還是幾種公用,多少數量的氣體分子與感受器相互作用可以讓人產生嗅覺,為什麼在某種氣味下呆一段時間後反而忽視了這種氣味的存在,這些基礎的問題據我個人知識範圍到現在還沒有定論。

從進化生物學的角度來講,可以說適者生存的自然選擇使然,擁有識別危險/食物氣味的能力可以增加生存概率。比如腐敗氣味的厭惡和對美味的嚮往。不過這種機制也不健全,比如對於許多劇毒的化學物質,如一氧化碳,就被歸為無色無味氣體;還有對於某些怡人的氣味如食物的香味在現在卻可能誘使人多進食導致攝入熱量過高。


這是一個生物+物理+化學的問題。

首先說明

有東西是有氣味的,比如花香或者油漆刺鼻的味道還有像氨氣一樣有氣味的氣體,但是空氣和一些物體是無味的。」

我們知道分子存在擴散運動,溫度越高,濃度差越大擴散運動越明顯。花或油漆分子通過擴散運動,外界氣味分子接觸到嗅感受器,引發一系列的酶級聯反應,實現傳導,所以你的大腦出現「像氨氣一樣有氣味的氣體」的感覺。

高逼格分割線進入正題——————————————————————————————————————————————————————————————————

「那麼氣味本身的性質是什麼,是分子還是分子之中的某種物質?」氣味的本身是外界氣味分子接觸到嗅感受器,引發一系列生物化學反應和神經反應刺激大腦皮層得以感知,所以氣味不單純是分子組成的某種物質的結果,是物質分子和嗅覺器官·神經系統·血液循環系統等相互作用的結果。


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