Etiket: koku alma

Yayım tarihi

Kuantum mekaniğinden gelen kötü kokular

Geçenlerde burnumuzun değişik maddelerin kokularını nasıl aldığına dair yeni bir araştırma yayınlanınca koku duyumuz haberlere düştü. Diğer duyularımız —yani görme, işitme, dokunma ve tat— iyice anlaşıldı ama kokunun mekanizması esrarını hâlâ koruyor.

Her bir molekülün ayrı bir şekli var: Molekülde ne kadar atom varsa şekli o kadar karmaşıklaşabilir. Moleküllerin muhtemel şekilleri saymakla bitmez ve genelde bir maddenin kokusunun bu şekilden kaynaklandığı düşünülür. Burnumuzun her bir bölgesinde belirli moleküllerin şekline uyan almaçlar bulunur. Doğru molekül doğru almaça rastladığında, bir anahtarın bir kilide uyması gibi, ne kokladığınızı bildiren bir sinyal beyne doğru yola çıkar.

Ama Dr Luca Turin, daha önce kokunun mekanizması üzerine daha tartışmalı bir kuram üzerine araştırmalar yayınladı. Koku almaçlarımızın değişik molekülleri nasıl algıladığını, kimyasal bağların titreşimiyle ve kuantum etkileriyle açıklayan farklı bir yaklaşımı var.

Kuramını sınamak için Dr Turin basit bir molekülü alıp içindeki tüm hidrojen atomlarını döteryumla değiştirdi. Molekülün şekli aynı kaldı, ama döteryum hidrojenden ağır olduğundan molekülün içindeki kimyasal bağların titreşimi değişti. İnsanların hidrojenli molekülün kokusunu döteryumlu molekülünkinden ayırt edebildiğini gösteren Turin, bunu klasik “anahtar-kilit” kuramının hatalı olabileceğine dair güçlü bir delil olarak görüyor.

Dr Jennifer Brookes, University College London’da ve Harvard Üniversitesi’nde koku algısı üzerinde çalışan bir Sir Henry Wellcome burslusu. Koku algımızın kuantum mekanik temelini de, deneyselden ziyade kuramsal verilerle araştırıyor. Brookes’un kuramları “anahtar-kilit” modeliyle uyuşmayarak Turin’inkileri destekliyor.

Hidrojen sülfür ve dekaborun molekül yapıları (Kaynak: xxx )

Hidrojen sülfür ve dekaborun molekül yapıları (Kaynak: Brookes vd., 2013)

Meselâ, en keskin kokulu kükürt bileşiklerinden biri çürük yumurta kokusu veren hidrojen sülfür. Hidrojen sülfür, merkezinde bir kükürt atomuna ve bundan V şeklinde uzanan iki hidrojen atomuna sahip küçücük bir molekül. Ama bu belirgin kokuyu veren tek molekül bu değil. Dekaborun [B10H14] kokusu buna çok benziyor, ama bunun on bor atomundan oluşan sepet gibi bir şekli var. “Anahtar-kilit” modelinin bunu açıklaması çok zor, ama iki molekül de aynı enerjiyle titreştiklerinden Turin’in ortaya attığı kuantumlu kurama uyuyor.

metallosen

Ferrosen ve Nikelosen’in molekül yapıları (Kaynak: Brookes vd., 2013)

Ayrıca, Brookes şekli birbirine benzeyen ferrosen [Fe(C5H5)2] ve nikelosen [Ni(C5H5)2] adlı iki bileşikten bahsediyor. İkisinin de merkezinde bir metal atomu (ferrosende demir, nikelosende nikel) ve bu atomun etrafında özdeş yapılar var. Şekilleri ve boyutları birbiriyle aynı, ancak ferrosenin kokusu baharlı, nikeloseninki yağlı. Merkezdeki atom farklı olduğundan kokuları da farklı ve bu da Turin’in kuramını destekliyor.

Brookes şekli önemsiz bulmuyor. Moleküllerin almaçlara uyması açısından şekil önemli, tıpkı manyetik bantlı kartlardaki gibi: Kartın okuyucudan geçebilmesi için belirli bir şekilde olması gerekiyor, ama asıl önemlisi karttan okunan bilgi.

Bu örnekler “anahtar-kilit” modeline karşı delil sağlasa da “manyetik kart” kuramına yönelik şüphe hâlâ çok. Bilim camiasındaki yerleşik kuramlara meydan okuyan yeni araştırmalar hem tartışmalı hem de heyecan verici oluyor. “Manyetik kart” modelinin bulduğu olumlu yankı sayesinde diğer araştımacıların da bunu biraz daha incelemeye başlamasını umuyor Brooks. Hattâ kim bilir, belki canlılardaki diğer sistemlerin de işleyişlerini sorgulatmaya başlatabilir.

 Kaynaklar

 Çevirenin notları

  • Özgün yazı: N. Wilkinson, 2013. Quantum mechanics stinks. Wellcome Trust Blog Linsans: CC BY-NC 2.0 UK
  • Şekiller, özgün yazıda yoktu, Brookes vd.’nin (2013) açık erişimle yayınlanmış makalesinden aktarıldı.
  • Kapak resmi: Flickr
  • Yazıdaki kaynakların her ikisi de açık erişimlidir, okuyabilirsiniz.
  • Makalede adı geçen Luca Turin kendi kuramını şu TED videosunda tanıtmıştı, Türkçe altyazılarla izleyebilirsiniz:

    Click here to display content from TED.
    Learn more in TED’s privacy policy.

    Open content directly

Orjinal Yazı: Açık Bilim.

Yayım tarihi

Mağara İnsanları da Dahil Olmak Üzere Koku Duyumuz Nasıl Evrimleşti?

University of Alaska Fairbanks ve University of Manchester’dan araştırmacılar; koku duyumuzun nasıl evrimleştiği ve soyu tükenmiş insan atalarımızın koku duyusunu nasıl geliştirdikleri üzerine bir çalışma yürüttüler.

Koku duyusu, insan toplulukları içinde önemli bir role sahiptir. Çünkü bu duyumuz yiyeceklerin tadını alabilme ve bunun yanı sıra da hoş ve hoş olmayan maddeleri tanımlayabilme yetilerimizi de etkiler.

Burnumuzda yaklaşık 400 farklı tipe bölünmüş 4 milyon koku hücresi vardır. Kokuyu saptama yetisine dair populasyonlar arasında ve içerisinde çok büyük bir genetik çeşitlilik vardır. Her koku hücresi yalnızca bir türreseptör ya da “kilit” taşır –koku hava ile yayılır ve koku hücresinin “kilidine” girer ve hücreyi aktifleştirir.

Çoğu reseptör bir kokudan fazlasını saptayabilir, fakat bir tanesi var ki (OR7D4 isimli) bizi; androstenon  (yaban domuzu salyasında bolca bulunur) isimli çok spesifik bir kokuyu alabilmemizi sağlar. OR7D4 reseptörünüüretmeden sorumlu gende farklı DNA dizilimine sahip insanlar bu kokuya farklı tepkiler verir. Bazı insanlar pis koku olarak nitelendirirken, bazıları tatlı, bazıları ise bu kokuyu alamazlar. İnsanların ‘androstenon’a tepkileri sahip oldukları OR7D4 DNA dizilimine bakılarak tahmin edilebilir ya da kokuya verilen tepkiye göre insanların OR7D4 DNA diziliminin farklı olduğu anlaşılabilir.

Araştırma ekibi; Dünya’nın çeşitli yerlerindeki çoğunluğu yerel bölgelerden olan 43 populasyondan 2200’den fazla insanın OR7D4 reseptörünü kodlayan DNA’ları üzerine çalıştı. Araştırmacılar, farklı populasyonların; farklı gen dizilimine sahip olma eğiliminde oldukları dolayısıyla da kokuyu alma yetilerinin de farklılık gösterdiğibulgusuna ulaştılar.

Örneğin; Afrika’dan (Afirka’dan gelen) çalışmaya dahil edilen populasyonların kokuyu alabilme eğiliminde oldukları görülürken, kuzey yarım küre populasyonlarının kokuyu alamadıkları görüldü. Bu da demek oluyor ki; insan evrimi ilk olarak Afrika bölgesinde başladığına göre, onlar bu kokuyu saptayabiliyorlardı.

Dünya’nın çeşitli yerlerindeki populasyonlardaki OR7D4 reseptöründen sorumlu genin farklı formlarına dair frekanslarının istatistiksel analizleri; bu genin farklı formlarının doğal seçilime maruz kalmış (tabi olmuş) olabileceğini ortaya koyuyor.

Bu seçilime dair muhtemel bir açıklama; androstenon kokusunu algılamadaki eksiklik domuzların atalarımız tarafından evcileştirilmiş olması olabilir — androstenon yaban domuzlarından elde edilen etin kötü kokmasına sebep olur.–  Domuzlar ilk olarak; androstenona dair hassaslıkta azalmaya yol açan genlerin yüksek frekansta olduğu yer olan Asya’da evcilleştirilmiştir.

Chemical Senses ‘da yayımlanan çalışmanın araştırmacıları; aynı zamanda soyu tükenmiş olan 2 insan populasyonunda bulunan antik DNA’nın sahip olduğu OR7D4 reseptöründen sorumlu gen üzerinde de çalışmalar yaptılar. Bu iki populasyon ise; Sibirya’da aynı bölgede kalıntıları bulunan fakat onbinlerce yıl boyunca birbirlerinden ayrı yaşayan Neandertaller ve Denisova insanları idi.

Ekip; Neandertal OR7D4 DNA’sının bizimkine benzer olduğu –onlar da androstenon kokusunu alabiliyorlardı– bulgusuna ulaştılar. Denisovalar ise yok olmuş akrabalarımızın gizemli bir grubudur. Tam olarak neye benzediklerini bilmiyoruz ve onlar hakkındaki bilgimiz ise farklı bireylerine ait bir parmak kemiğine ve bir dişe ait verilerden oluşuyor. Denisovan DNA’sı, OR7D4 reseptörünün yapısını değiştiren benzersiz –insanlarda ya da Neandertaller de görülmeyen– bir mutasyon olduğuna işaret ediyor.

Amerika’daki Duke University’den ekip üyesi Hiroaki Matsunami; Denisovan OR7D4’ünü yeniden oluşturdu ve uzun zaman önce yok olan burnun bu küçük parçasının androstenona nasıl tepki verdiği üzerine çalıştı. Çalışmalar neticesinde mutasyona rağmen Denisovan burnunun bizimki gibi işlev gördüğünü ortaya çıkarıldı. Tıpkı ilk insan atalarımız gibi yakın akrabalarımızın ikisinin de bu garip kokuyu saptayabilmeleri mümkündü.

Bu araştırma; genlerimiz üzerine yapılan küresel çalışmaların, farklı besinlerdeki tadın; koku alma yetimizdeki çeşitlilikten etkilenmiş olabileceğine dair bir kavrayış geliştirilebileceğini ve uzak evrimsel geçmişe bakabilmenin ve uzak atalarımızın duyu dünyalarının yeniden oluşturulabilmesinin mümkünlüğünü gösteriyor.

Araştırma Referansı: K. C. Hoover, O. Gokcumen, Z. Qureshy, E. Bruguera, A. Savangsuksa, M. Cobb, H. Matsunami. Global Survey of Variation in a Human Olfactory Receptor Gene Reveals Signatures of Non-Neutral Evolution. Chemical Senses, 2015; DOI: 10.1093/chemse/bjv030
Kaynak: Bilimfili,  Manchester University, “Researchers show how our sense of smell evolved, including in cave men”, http://www.manchester.ac.uk/discover/news/article/?id=14799

WordPress gururla sunar