Наше обоняние — это сложный и удивительный дар, позволяющий нам ориентироваться в мире, избегать опасностей и даже возвращаться в прошлое. Ежедневно мы делаем более 20 000 вдохов, и вместе с кислородом в наши тела попадает огромное количество информации об окружающей среде. Но как именно работает этот «детектив» в нашем носу?
Традиционная теория, предложенная лауреатами Нобелевской премии Линдой Бак и Ричардом Акселем в 2004 году, предполагает, что рецепторные белки в носовой полости улавливают молекулы. Когда молекула идеально подходит к рецептору, активируется сигнал, который мозг интерпретирует как запах. Однако эта теория не всегда может объяснить, почему молекулы с похожей структурой могут иметь совершенно разные запахи. Например, молекула спирта может пахнуть свежескошенной травой, а при замене атома кислорода на серу, сохраняя ту же геометрию, приобретает запах тухлых яиц.
Профессор физической химии Элизабете Ресабаль из Университета Страны Басков представила альтернативную теорию, разработанную биофизиком Лукой Турином и его коллегами из Массачучусетского технологического института (MIT). В 1996 году они предположили, что наш нос воспринимает не форму молекул, а их квантовые вибрации. Молекулы находятся в постоянном движении, вибрируя при комнатной температуре. Эти вибрации квантованы, то есть разрешены только определенные частоты колебаний, каждая со своей энергией. Изменение в этих вибрациях, даже при идентичной форме молекулы, может привести к совершенно разному восприятию запаха.
Например, тяжелая вода, отличающаяся от обычной воды только наличием нейтрона в ядре атома водорода, имеет ту же форму, но иные вибрационные характеристики. Эксперименты с плодовыми мушками показали, что они способны различать воду и тяжелую воду, подтверждая гипотезу Турина. Механизм, лежащий в основе этого явления, получил название «квантовый носовой туннель». Он использует квантовые свойства электронов для идентификации молекул на основе их вибраций, подобно лабораторным спектрометрам. Когда молекула связывается с рецептором, электрон переходит из одной части белка в другую, вызывая обмен энергией и посылая сигнал в мозг. Если энергия, необходимая для перехода молекулы на более высокий вибрационный уровень, совпадает с энергией, которую должен высвободить электрон, происходит передача сигнала и активируется запах. В противном случае сигнал не проходит, и запах не воспринимается.
Эта теория нашла практическое применение. Лука Турин основал компанию Flexitral, которая использует расчеты вибрационных мод молекул для создания более дешевых аналогов дорогих парфюмерных ингредиентов, обладающих схожим ароматом. Это демонстрирует, как фундаментальные квантовые принципы могут иметь непосредственное влияние на нашу повседневную жизнь, в том числе в индустрии ароматов. Презентация Элизабете Ресабаль на Naukas Bilbao 2025 подчеркнула, что квантовая механика, хотя и кажется далекой, пронизывает многие явления в нашем теле. В случае обоняния, все указывает на то, что именно вибрация является ключом к пониманию этого сложного чувства.