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气味是一种感觉。它涉及两个感觉系统，即嗅觉神经系统和鼻三叉神经系统。嗅觉和味觉将会融合并相互作用。嗅觉是信息素交流的前提。嗅觉是一种距离感，意味着它是一种远距离化学刺激的感觉。相比之下，味觉是一种接近感。嗅觉刺激物必须是气态物质。只有挥发性气味物质的分子才能成为嗅觉细胞的刺激物。

人类嗅觉的敏感度非常高，通常用嗅觉阈值来衡量。所谓的嗅觉阈值是能引起嗅觉的气味物质的最低浓度。

据报道，在我们的五种感官中，嗅觉可能是最不受重视的:当涉及到感觉时，视觉、听觉、味觉和触觉都比嗅觉重要。正因为如此，我们不仅低估了嗅觉的灵敏度，还低估了它的影响。事实上，正是气味让食物变得美味，让我们远离腐败的东西。嗅觉也会刺激一些最令人难忘的记忆。

然而，坦率地说，嗅觉的机制确实令人困惑。从某种程度上说，闻到气味是非常简单的:只要有分子粘在我们鼻子的某个部位。气味分子附着的部分向大脑发出信号，然后大脑控制我们的手进食。当然，这样的描述完全隐藏了复杂性。为什么气味分子会附着？鼻子(和大脑)如何区分不同的分子？

几年前，一些研究者提出了一个奇怪的理论，认为嗅觉过程的基础是量子力学。然而，最近发表在自然出版集团的《科学报告》上的一篇论文指出，这一理论不太可能成立。这篇论文的作者是来自伊朗基础科学研究所的ArashTirandaz。

一把锁和许多钥匙

一般认为嗅觉的发生基本上是由于分子的形状。鼻子里充满了不同形状的嗅觉分子。当嗅觉分子具有相应的形状时，它们会附着在嗅觉分子上。然而，早在研究人员提出“形状识别”模型之前，科学家们就想知道气味是否与气味分子和受体分子之间的电子隧穿有关。这个理论认为，因为每个分子是不同的，电子隧穿和打开的速率，以及电子的能量，都会改变，让受体能够区分不同的有气味的分子。

这似乎是一个无法证实的理论，因此没有引起太多的注意。随着时间的推移，形状识别理论积累了大量的证据，而电子隧穿理论则变得更加鸡肋。然而，一些问题的存在使得这一理论一直被研究者们所关注。

形状识别理论的基础是借用其他受体分子的工作模式，即受体和气味分子的关系就像锁和钥匙一样。然而，我们知道气味具有非常微妙的选择性，蛋白质分子很容易受到所谓的“非特异性结合”的影响。换句话说，即使锁和钥匙不匹配，有时也可以插入钥匙开锁。相比之下，鼻子似乎完全不受非目标分子的影响。

另一个问题是，形状相似的分子并不总是引起相似的反应:它们闻起来不同。有时情况正好相反:结构非常不同的分子闻起来完全一样。没有人知道为什么会这样，基于“锁匙”理论的各种推测只能解释嗅觉过程的一小部分。

此外，还有一些非常不可思议的研究成果。科学家已经成功地教会蜜蜂区分两种气味分子，这两种分子在化学上几乎是相同的。唯一的区别是氢被氘(也称为氘，一种带有额外中子的氢同位素)取代。更令人困惑的是，随后的实验表明，无论氘取代了多少氢原子，捕捉气味分子的受体的反应都是一样的。研究人员只能推测，所报道的对同位素的敏感性(由多种物种显示)是由样品污染引起的。

量子力学的回归

虽然这些实验的结果令人困惑，但是量子效应在生物学中一直被认为是无稽之谈，所以用量子力学来解释嗅觉似乎是不现实的。后来，科学家发现光合作用依赖于量子运输。后来，人们发现一些生物磁场传感器直接依赖于量子效应。突然间，用量子力学来解释鼻子是如何工作的似乎并不奇怪。

现有的电子隧穿模型显然不再适用。例如，具有相同化学成分但“手性”不同的分子——就像左手和右手在结构上是相同的，但彼此是镜像——通常闻起来不同，而一个简单的电子隧穿模型指出，手性的变化不会改变隧穿。

当然，生物学很少是简单的。研究人员提出了一些更现实的模型，并进行了验证。为了理解这些研究的结果及其局限性，我们必须首先理解“隧道”是如何工作的。

隧穿是一个真正的量子过程。电子附着在气味分子上，并不断接近嗅觉受体。为了从有气味的分子转移到受体，电子必须首先分离自己，然后“跳到”受体上。在经典力学的世界里，如果电子没有足够的能量来做到这一点，它们将永远无法实现这一跳跃。

然而，在量子力学中，电子不仅仅是一个粒子，而是一个概率体。这个概率体的伸缩取决于环境的变化。在这种情况下，电子可以延伸到分子之间的空间，也就是说，存在于两个分子中。它可能从气味分子流向受体分子，然后回到气味分子。没有纯粹的效果。

当电子出现在受体分子中时，我们要做的是固定它，这种方法就是分子振动。科学家的假设是这样的:电子主要位于气味分子中，它们会轻微振动。当受到振动的影响时，电子的能量增加，增加了它们渗入受体分子的可能性。然后，电子从气味分子“跳跃”到受体分子。在这个过程中，由于气味分子振动的激发，电子将失去能量，剩余能量将非常小，从而导致其“概率体”收缩，更大的概率落在受体分子内，而隧穿回到气味分子的概率非常小。

这种方法的吸引力在于几乎每个分子(包括不同同位素的分子)都有不同的振动频率特性。这意味着每个分子的隧穿速率和电子隧穿能量是不同的。

隧道中的纠缠

然而，简单的分子振动模型也意味着手性对电子隧穿没有影响。当然，挖掘隧道可能没那么简单。研究人员发现了一系列称为“组合模式”的分子振动形式，这将导致具有不同手性的分子的不同隧穿行为。组合模式意味着分子不仅可以轻轻振动，还可以同时振动和缠绕。组合模式实际上非常常见，因此比纯振动模式更容易出现。原则上，基于电子隧穿的嗅觉解释是可能的。

不幸的是，在分析了对称隧穿和非对称隧穿的比例后，研究人员发现很难用电子隧穿理论来解释嗅觉。主要问题是分子的相关性质(包括振动频率、电子与振动之间的耦合力以及电子必须穿过的障碍物的大小等)。)完全不同。因此，研究人员无法计算一组真正的分子会表现出什么样的行为。相反，他们取典型值，然后将分子分成不同的范围，找出电子隧穿可能发生的地方和不会发生的地方。

当研究人员采用这种方法结合气味分子和受体分子时，结果并不令人满意。电子隧穿只在很窄的范围内起作用。结果表明，电子隧穿依赖于压力和温度。当压力增加时，分子振动会被其他分子的持续冲击所干扰。分子不会停止振动；相反，它们总是开着和关着，因此降低了与电子相互作用的可能性。事实上，某些类型的分子振动已经变得不可能，这些停顿使得不对称隧穿成为不可能。

研究结果揭示的信息非常清楚:在一定的压力下，我们闻不到气味。当然，我们仍然不知道压力值是多少，对于不同的分子，情况可能会有所不同。然而，这毕竟是一个可以继续的实验。尽管这非常困难——即使每个分子都没有表现出电子隧穿行为，下一个分子仍然可能出现。这样的实验可能没完没了。

研究人员似乎想找到更大范围的特性来让电子隧穿发生，然后用一系列实验在一些老鼠的鼻子里发现这种现象。然而，目前的研究结果令人失望。尽管这是一个非常重要的理论突破，但许多可能性已被排除。

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