Запах веществ обусловлен колебаниями атомов

Ученые обнародовали новую теорию, согласно которой уникальный запах химических веществ обусловлен вовсе не строением их молекул, а характером колебаний атомов, образующих эти молекулы, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Авторы публикации полагают, что их выводы в дальнейшем поспособствуют созданию нового поколения устройств, которые обнаруживают в воздухе пары ядовитых веществ или взрывчатки.
Новая теория противоречит доминирующей на протяжении последних десятилетий, согласно которой способность распознавать запахи основана на взаимодействии по принципу "ключ-замок" специальных чувствительных клеток, рецепторов, с "пахнущими" молекулами. По этим представлениям, определенный тип структуры молекул позволяет им взаимодействовать с определенными рецепторами, причем другие типы чувствительных клеток не реагируют на данный раздражитель.
Однако это позволяет объяснить наличие обоняния, но не помогает ответить на вопрос, почему человек, обладая весьма ограниченным набором типов рецепторов, может различить малейшие оттенки в аромате тысяч тех или иных соединений. Более того, непонятна причина, по которой схожие и даже практически идентичные по структуре химические молекулы обладают сильно отличающимися запахами.
Например, замена одного атома кислорода в молекуле этилового спирта на атом серы приводит к тому, что запах алкоголя меняется на резкий и неприятный запах тухлых яиц.
Авторы статьи, группа ученых под руководством Луки Турина (Luca Turin) из Массачусетского технологического института в США, предположили, что ведущую роль в определении аромата молекулы может определять не ее структура, а набор колебаний, которые совершают образующие ее атомы.

Например, в случае со спиртом (C2H5OH) появление более объемного и массивного атома серы вместо кислорода приводит к тому, что заметно меняются тип и амплитуда колебаний более легких атомов углерода и водорода в структуре этантиола (C2H5SH). Сами колебания обусловлены тем, что химические связи в молекуле не жесткие, а напоминают пружины, которые "притягивают" атомы в случае, если те в результате движения слишком отдаляются друг от друга и "отталкивают", когда атомы сближаются.
Чтобы подтвердить свое предположение на практике, ученые использовали герметичную камеру с двумя отделениями, в которую поместили мушек дрозофил.
Одно из сообщающихся отделений камеры ученые заполнили парами ароматического соединения - ацетофенона, который притягивает насекомых: в дикой природе они ориентируются на это вещество в поисках пищи. Вторая часть камеры была заполнена аналогичными молекулами, но все атомы водорода в них были заменены его более тяжелым изотопом - дейтерием ("пахнут" оба одинаково). Но, обладая теми же химическими свойствами, что и водород, дейтерий более массивен. Следовательно, колебания атомов в молекуле дейтеро-ацетофенона будут отличаться от "ацетофеноновых".
В ходе наблюдений ученые установили, что мушки совершенно недвусмысленно предпочитают находиться в отделении камеры, заполненной ацетофеноном, а не его более тяжелым аналогом.
По мнению исследователей, опыты подтверждают определяющую связь именно колебаний молекул, а не химической структуры, с их ароматом. Впрочем, ученые признают, что для утверждения их гипотезы необходимо провести дополнительные эксперименты с участием других живых существ, в том числе человека.
Если же теория подтвердится, она может быть использована для создания систем электронного распознавания запахов в пищевой промышленности, на производствах или для обнаружения взрывчатых или боевых отравляющих веществ.