Potrafimy rozróżnić między przynajmniej bilionem zapachów

Liczba ta pochodzi z artykułu opublikowanego w 1927 r., który sugerował, że ludzie potrafią podawać różnice zapachów według czterech różnych jakości – aromatu, kwaśności, kwasu kaprylowegoi przypalenia – na dziewięciopunktowej skali. Daje to 6541 rozróżnialnych zapachów, co później zaokrąglono do 10 tysięcy!

I to było wszystko.

Nie było żadnych dowodów na którekolwiek z tych założeń, ale to nie powstrzymało przed uświęceniem tego domysłu jako faktu.

Kiedy Andreas Keller z Rockefeller University dowiedział się o tym, nie był zachwycony. Chciał podać lepsze oszacowanie – takie, które będzie miało oparcie w rzeczywistych eksperymentach.

Podobne oszacowania dla wzroku już istnieją. Wiemy, że nasze oczy są wrażliwe na fale światła o długości między 390 a 700 nanometrów – to jest, od czerwonego do fioletowego. Przez dokonywanie porównań w tym zakresie naukowcy pokazali, że potrafimy dostrzec różnice między 2,3 miliona a 7,5 milionów kolorów.

To samo dotyczy dźwięku. Słyszymy częstotliwości między 20 a 20 000 Hertzów – od czterech oktaw poniżej środkowego C do wielu oktaw powyżej. W tym zakresie potrafimy rozróżnić około 340 tysięcy tonów.

Kolory i tony łatwo jednak badać. Oba zmieniają się wzdłuż jednego wymiaru: odpowiednio długości fal i częstotliwości dźwięku. Zapachy nie mają odpowiednika. Są skomplikowanymi koktajlami cząsteczek; róża, na przykład, zawdzięcza zapach 275 składnikom. Nie ma jednej miary, według której możemy je mierzyć; zamiast tego musimy opisywać je subiektywnymi przymiotnikami. W odróżnieniu też od światła i dźwięku, które możemy postrzegać w pewnych granicach, potencjalnie nie ma granic dla kombinacji cząsteczek, które składają się na zapach.

Dla ustalenia granic naszego zmysłu węchu, Keller musiał być bardzo kreatywny.

Dał wolontariuszom trzy słoiki, z których dwa zawierały ten sam zapach. Ich zadaniem było znalezienie odmiennego. Zespół zrobił zapachy z tej samej puli 128 składników, które wymieszał w grupach po 10, 20 lub 30. Następnie zestawili te mikstury w pary w taki sposób, że niektóre pary nie miały żadnych wspólnych składników, niektóre były niemal identyczne, a większość plasowała się gdzieś pomiędzy. Każdy wolontariusz dokonywał 260 testów na rozróżnienie.

Po przetworzeniu liczb zespół stwierdził, że kiedy pary mikstur nakładały się na siebie w mniej niż 51 procentach, większość wolontariuszy potrafiła poczuć różnicę między nimi. Jeśli zaś nakładały się na siebie w mniej niż 57 procentach, większość była rozróżnialna. To znaczy, że przeciętna osoba potrafi odczuć różnicę między 1,7 biliona (to jest, 1,700,000,000,000) różnych kombinacji 30 składników.

“To jeden z tych momentów, dla których żyją naukowcy: przedstawić inaczej problem i niespodziewanie znaleźć rozwiązanie” – mówi Avery Gilbert, naukowiec badający węch, który pierwszy dotarł do źródła fałszywej liczby 10 tysięcy.  

1,7 biliona to przeciętna. Przynajmniej jedna osoba w tym badaniu miała nadzwyczaj wrażliwy nos i potencjalnie mogła rozróżnić między ponad 10 milionami bilionów bilionów kombinacji 30 składników. Inny wolontariusz potrafił rozróżnić tylko między 70 milionami.

Istnieje dobry powód tej zmienności. Geny, które tworzą receptory węchu – białka rozpoznające cząsteczki, jakie wdychamy – są największą rodziną genów w naszym genomie. Odznaczają się także większą zmiennością niż inne geny. “W wyniku tego każdy wącha otoczenie innym zestawem receptorów i dlatego odbiera je inaczej” – mówi Keller.

Liczba 1,7 biliona jest także poważnym niedoszacowaniem. „Prawdopodobnie istnieją miliardy cząsteczek zapachowych, a my pracowaliśmy tylko ze 128 spośród nich – mówi Keller. – Ponadto zmieszaliśmy tylko 30 składników. Istnieje wiele mieszanek z 40 lub 50 składników”.

Niemniej bilion zapachów to nadal dużo więcej niż liczba kolorów lub tonów, jakie odbieramy. Na to także istnieje dobry powód. „Węch wyewoluował, żeby pomóc nam odkryć różnice między różnymi zapachami: zapach mojego niemowlęcia w porównaniu do zapachu niemowlęcia sąsiada lub zapach świeżego mleka w porównaniu do zapachu skwaśniałego mleka – mówi Keller. – Tak naprawdę nie potrzebujemy rozróżniać bilionów zapachów, ale istnieje potrzeba rozróżniania między bardzo podobnymi zapachami. W efekcie potrafimy rozróżnić bardzo wiele różnych zapachów”.

„Liczby są osłupiające, ale nie zaskakujące – mówi Gilbert. – Węch jest, nade wszystko, zmysłem kombinatorycznym. Istnieje olbrzymia, ale skończona liczba cząsteczek zapachowych na świecie i pojawiają się one w nieskończonych zestawach mieszanek i koncentracji. To jest nasza rzeczywistość, wąchamy je i dokonujemy codziennie tych niesłychanie finezyjnych rozróżnień. Całkiem dobrze dajemy sobie radę z tą złożonością.

Gdybyśmy nie potrafili rozróżniać biliona różnych mieszanek, to potrafilibyśmy powiedzieć, kiedy należy wyrzucić śmieci, ale nie bylibyśmy w stanie odróżnić jednego rocznika Bordeaux od drugiego. W rzeczywistości, gdybyśmy nie potrafili odróżnić milionów kombinacji, w ogóle nie zawracalibyśmy sobie głowy produkcją Bordeaux”. 

Reference: Bushdid, Magnasco, Vosshall & Keller. 2014. Humans Can Discriminate More than1 Trillion Olfactory Stimuli. Science

We can distinguish between at least a trillion smells

Not Exactly Rocket Science, 20 marca 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska