互动科普

行走于除夕夜的街头，你一定能闻到若有若无的硝烟味。此时，你的大脑接收到了来自鼻子的气味信息，并在一瞬间就分析出了这是鞭炮的火药味。这一过程究竟是怎么实现的呢？

气味就是飘散于空气中的微量分子

空气中其实飘散着各种各样的分子，有些是食物散发出来的，有些来自于敌对的生物。所谓气味，正是这些微小的分子。动物闻到气味，其实是鼻子捕捉到了眼睛所看不见的微量分子，并通过形状上的细微差异识别出了这是什么味道。

一般认为人类所能识别的气味分子有上万种。首先，就让我们介绍一下能够识别如此多种气味的嗅觉的核心机制。

通过“受体的组合”来识别上万种气味

鼻子深处有一个名为嗅上皮的部位，这里的细胞（嗅细胞）表面有名为受体的蛋白质，负责区分气味分子。嗅觉受体有很多种类，表面分别拥有着不同形状的凹坑。当气味分子与凹坑恰好相吻合时，嗅细胞就会将气味的信息传递给大脑。

既然我们可以识别数万种气味分子，很多人一定以为我们需要与每种气味物质一一对应的数万种受体才行吧。然而，人类的嗅觉受体只有400种左右。这区区400种受体究竟是如何分辨出数万种气味的呢？

实际上，大多数气味分子的不同部分能够与多个受体相结合，每个受体都能得到关于气味分子的一部分的信息，比如“这个气味分子有羟基”或是“有酮的构造”，这些信息之后就会被传导至大脑的嗅皮层。受体虽然只有400种左右，但这些受体的组合是不计其数的，而我们人类的高性能嗅觉正是通过这一方法来巧妙识别数万种气味物质的。　　

气味物质的信息会被送到大脑中的各个部位。在杏仁核中会产生对这个气味好恶的感情信息，在海马体中则会产生过去是否闻到过这个气味的记忆信息。

当你在不经意间觉得闻到了很香的气味时，大脑中就是在进行下图处理过程。

图1. 气味信息会传向大脑各处

本图为气味信息传导路径的示意图。鼻子深处有着名为鼻腔的开阔空间，鼻腔上部有名为嗅上皮的组织，这里排列着能够感知气味分子的嗅细胞。嗅细胞在感知到气味后，会将信息传给其正上方的嗅球（也是大脑的一部分）。

随后，由受体的反应组合形成的气味信息会传导到嗅皮层，从而对气味进行识别。识别后的气味信息会传递到管理记忆的海马体，从而让人回忆起这是否是曾经闻到过的气味；另外信息也会传递到管理情感的杏仁核处，使人对气味产生好恶。

气味分子的感受器附着于嗅细胞的“毛”上

在闻气味时，空气会快速涌入鼻腔上部。这里有着名为嗅上皮的组织，拥有感知气味的受体的嗅细胞就排列于此。

嗅上皮被黏液所覆盖，黏液中飘散着从嗅细胞中伸出的嗅毛。嗅毛上有大量的嗅觉受体，其种类因嗅细胞而异，所以不同嗅细胞只能辨别不同气味分子的某种特定形状。因为人类有着约400种嗅觉受体，所以嗅细胞也有约400种，混杂排列在嗅上皮上。气味分子被吸入鼻腔后，其中一部分会浸入黏液中，进而与嗅毛上的受体接触，一旦与其凹坑相吻合，嗅细胞内部就会产生电信号。

电信号会通过神经传导给嗅上皮正上方的嗅球，来自不同种类嗅细胞的信号在其中名为嗅小球的场所汇合。这里会识别出信号来源于哪种受体、信号有多强，并将这些汇总的信息传给大脑的嗅皮层，从而识别出是什么味道。

视觉、听觉、触觉和味觉的感觉细胞最多不过数十种，然而嗅觉需要识别空气中数万种物质，因此拥有约400种的嗅细胞是必要的。

图2. 识别数万种气味的关键就是受体的组合

图为通过受体组合识别气味分子的示意图。①号气味分子的不同部位分别能与受体A、B、D吻合并发生反应，而②号气味分子只能与受体A和D吻合。所以仅有受体A和D的话，我们无法区别①和②，只有通过比较A、B、D的反应总和与A、D的反应总和，我们才能够区分①和②。

（本文发表于《科学世界》2016年第4期）