我們的嗅覺似乎是最復(fù)雜的，因此它也是最不為人所知的。為了幫助闡明該系統(tǒng)的一些情況，洛克菲勒大學(xué)的研究人員在昆蟲的簡單系統(tǒng)中首次拍攝了嗅覺受體工作的低溫電子顯微鏡圖像。感受器是幫助我們通過五種感官了解我們周圍世界的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

皮膚上有觸摸感受器，視網(wǎng)膜上有光感受器，舌頭上有味覺感受器，內(nèi)耳有聲覺感受器，鼻子有嗅覺感受器。它們都對不同的刺激作出反應(yīng)，打開離子通道，將信號傳遞給大腦，以解釋我們正在經(jīng)歷的事情。

但嗅覺受體是所有受體中最神秘的。雖然我們只需要在眼睛里有三種類型的受體就可以觀察事物，在耳朵里有六種類型的受體來聆聽聲音，但嗅覺卻需要超過400種受體--甚至這些受體也要承擔(dān)雙重任務(wù)來檢測數(shù)百萬種不同的氣味分子。像咖啡或玫瑰這樣的特定氣味是由數(shù)百種化學(xué)成分組成的，它們刺激不同排列的受體，這種精確的激活模式有助于大腦解碼它到底聞到了什么。

嗅覺受體在未激活狀態(tài)（藍色）和被氣味分子激活（粉紅色）時的圖示。當(dāng)被激活時，中心的一個離子通道會擴張，向大腦發(fā)送一個信息，即該受體已被激活。

"嗅覺系統(tǒng)要識別大量的分子，而氣味受體只有幾百個甚至更少，"該研究的通訊作者Vanessa Ruta說。"很明顯，它不得不進化出一種與其他感官系統(tǒng)不同的邏輯"。

因此，在這項新的研究中，該團隊開始研究這種復(fù)雜的邏輯。他們想要回答的主要問題是一個單一的受體如何能夠識別不同的化學(xué)物質(zhì)，盡管這些分子具有不同的尺寸和形狀。

為了找到答案，他們使用了一種叫做低溫電子顯微鏡的技術(shù)，其中包括向冷凍樣品發(fā)射一束電子，以產(chǎn)生其微小分子結(jié)構(gòu)的三維圖像。這是在一種叫做跳躍鬃尾的昆蟲的嗅覺受體上進行的，這種昆蟲有一個相對簡單的氣味感應(yīng)系統(tǒng)，只包含五種類型的受體。

在這些受體中，研究小組選擇了一種名為OR5的受體，它對他們測試的60%的氣味分子都有反應(yīng)。然后他們研究了OR5受體的結(jié)構(gòu)，當(dāng)它單獨存在時，以及當(dāng)它與兩種氣味分子之一結(jié)合時--丁香酚（或丁香油）和驅(qū)蟲劑避蚊胺DEET。

"我們從比較這三種結(jié)構(gòu)中學(xué)到了很多東西，"Ruta說。"有趣的是，在未結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，孔是封閉的，但在它與丁香酚或DEET結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，孔已經(jīng)擴張，為離子流動提供了一個通道。"

接下來，研究人員檢查了這些分子與受體結(jié)合的確切位置。盡管這兩種分子非常不同，但它們似乎在完全相同的位置結(jié)合，在受體的一個口袋里。這實際上違背了兩個主要的假設(shè)--受體與分子的一個特定部分結(jié)合，而該部分可能是一大群氣味所共有的，或者受體使用不同的口袋來容納不同的分子。更奇怪的是，這些受體和分子對只是微弱地結(jié)合。

Ruta說："這類非特異性的化學(xué)相互作用使不同的氣味劑被識別。以這種方式，受體對一個特定的化學(xué)特征沒有選擇性。相反，它是在識別氣味劑的更普遍的化學(xué)性質(zhì)"。

該團隊說，這一觀察有助于解釋受體如何能夠與大片的氣味分子結(jié)合，但不是全部。這有助于較小數(shù)量的受體構(gòu)建成一個能夠識別數(shù)百萬種不同化學(xué)物質(zhì)的嗅覺系統(tǒng)。

他們還發(fā)現(xiàn)，只需要結(jié)合點的氨基酸發(fā)生一次突變就能改變哪些分子會被粘住。這反過來可以解釋為什么在昆蟲中進化出這么多種類的氣味受體。該小組總結(jié)說，這背后的一般原則可能也發(fā)生在其他動物身上，包括人類。