互动科普

从嗅觉检测中我们得知，每个人对气味的感知是有很大差异的。有一些气味能够被大多数人闻到，而另一小部分人则完全闻不到。

无法闻到这些特定气味的人仍能闻到其他气味，所以并非是因为嗅觉障碍而导致的嗅觉本身不灵敏。这种现象被称为嗅盲。

引发嗅盲的原因在于约400多种嗅觉受体中有一部分机能下降甚至失去机能。

举例来说，原麝所分泌出的信息素中有一种名为麝香的带有甜甜气味的分子，它只能使一种受体活化。因此，如果麝香受体的感受能力下降的话，人对麝香的气味就会变得不敏感。这样的人其实是有相当数量的。

而大多数的气味物质能够使多种受体活化。因此，即便其中一部分受体丧失机能，其他受体也能够感知到这个气味。不过可以说，受体机能越健全的人，对相似气味间的辨识能力越高。

图1. 嗅细胞中产生电信号的机制

受体识别气味物质后会在嗅细胞内部产生电信号，在这一过程中，细胞内会发生多种分子参与的连锁反应，其机制在所有种类的嗅细胞中是共通的。下面，就从分子水平看看感知气味的过程吧。嗅觉受体贯穿并镶嵌在细胞膜上。黏液中的气味分子会与受体在细胞外侧露出的部分相结合。受体在细胞内侧突出的部分变形，使G蛋白活化。活化的G蛋白与细胞膜内侧的腺苷酸环化酶相结合并使其活化，生成名为环腺苷酸（cAMP）的小分子物质。cAMP作为传递物质向周围扩散，并与镶嵌在细胞膜上的阳离子通道相结合。这样一来，通道就会开启，令细胞外的钠离子和钙离子流入细胞内，改变细胞内外的电荷平衡。这一现象被称为去极化。细胞内的钠离子和钙离子增多后，阴离子通道就会开启，使细胞内的氯离子流出，进一步去极化。电荷平衡的变化会成为电信号沿神经传导。

铁是无味的，“铁的气味”实则是有机物分子

嗅觉所捕捉到的是飘散于空气中的物质，因为分子越小越容易飘散到空气中（即越容易挥发），所以分子过大的物质是没有气味的。我们用分子量来表示分子的质量，比如说氧气（O₂）的分子量是32。一般认为气味分子的分子量上限约为300。

有气味的物质中，一部分是由碳、氢、氧、氮构成的有机物。比如说在触摸硬币后所能闻到的独特的“金属味”，其实并非金属本身的气味，而是因为手部皮肤的有机物在金属存在时发生了化学反应，生成了其他的有机物。这些有机物挥发，使我们误认为是金属的气味。

为什么闻不到刚才的气味了？

你一定有过这样的经历吧：刚进入面包房时，香气扑面而来，然而一段时间过后，似乎就没什么味道了。

只有在细胞内外的电荷平衡被打破时，细胞才会产生传导气味信息的电信号（参照左页下图）。连通细胞内外的离子通道打开使得离子能够进出细胞，从而导致了电荷平衡的变化。比如在面包房中，面包的气味物质不断地进入鼻腔并与受体结合。然而，一旦离子通道打开使得细胞内离子数量增多。这些离子反而会抑制通道的开启，并抑制传递气味信息的酶的机能，使得电信号难以产生。因此，嗅细胞长时间接触同一种气味物质时，就会停止该信号的传递，这种现象被称为脱敏。

长时间在同一场所下，嗅觉会变迟钝，而当新的气味出现时，就更容易注意到。正是因为有脱敏的现象，动物才能敏感地发现周围的变化。

农耕民族与狩猎民族一闻便知!？大象的惊人嗅觉

动物正是依靠受体的组合才能识别数量上远超受体的气味物质。

一般来说，受体的种类越多，受体的组合也就越多，进而能够识别出更多种的气味物质。因此，动物所拥有的嗅觉受体数量是其气味识别能力的一个良好指标。

下图比较了13种动物的嗅觉受体数量。其中可以看出非洲象有着明显远超其他动物的受体数量。据说它们能够通过嗅觉来区分作为天敌的狩猎民族（芒萨族）和无害的农耕民族（坎巴族）。

图2. 嗅觉受体的数量随物种不同而有极大差异

相比之下，包括人在内的灵长类动物的嗅觉受体数量很少。通过对比基因进化树和对比嗅觉受体数量可以看到，我们的祖先还是以老鼠的样子在地面上生活时，嗅觉受体的数量还是较多的，而从到树上生活开始，嗅觉受体的数量就变少了。一般认为这是因为在树上生活更加依赖视觉，而嗅觉不像在地面上那么有用。此外，对于曾经生活在陆地上，随进化又进入水中生活的动物（比如鲸和海豚）来说，嗅觉受体丧失了大部分机能，几乎完全失去嗅觉。

这样来看，动物某种感官特化的过程，实则讲述了它们在相应环境下进化的传奇故事。

（本文发表于《科学世界》2016年第4期）