【关键词】嗅觉机制；分子水平；基因水平
［摘要］巴克和阿克塞尔因从分子水平和基因水平阐明了嗅觉机制百荣获2004年度诺贝尔医学奖。他们于1991年4月25日发表于《细胞》杂志上的论文被公认为该领域的经典,它导致了众多科学家参与该领域,使这领域迅速扩大。
［关键词］嗅觉机制；分子水平；基因水平
1 嗅觉的探索
1.1 嗅觉机制 在美国纽约哥伦比亚大学(以下简称“哥大”)霍华德巴克(Linda B.Buck,1947-,以下简称“巴氏”)共同分享了2004年诺贝尔生理学或医学奖,他们的获奖项目被诺贝尔基金会鉴定为“在气味受体及嗅觉系统的组织方面”的发现。
1.2 关于气味的理论 每种气味都是由大小和形态有所不同的化学分子产生的，关于气味这种化学分子究竟是什么,三种理论，第一种理论称为立体化学论。1954年诺贝尔奖得主鲍林(Li2nus Pauline)早在1946年指出,特定气味之性质要归因于该化合物分子形态和大小，1949年R.W.Monori2eff在其《气味是什么》一书中首次提出了“气味的立体化学论”。John Arnoore在其《气味的分子基础》(1970年)一书中发展了这一理论;他认为,当空气中气味分子适合于嗅神经的某些辅助性受体部位的时候,人类或动物就会嗅到它们。实际上他是将酶动力学中的“钥匙与锁”这样一对概念应用于气味分子与气味受体之中。2004年诺贝尔医学奖关于嗅觉系统分子水平的发现,从根本上来说是符合“气味立体化学论”的。第二种理论被称为“气味的振动论”。Dyson于1938年提出,红外共振可能与气味有关。1950年R.H.Wnont推广了他的这一假说;那时分光镜已经普及,他利用分光镜测量了气味分子的光谱。但是到了20世纪60年代和70年代初,这一假说遭到了激烈的批评:有两位科学家分别发现,有些光学反映体闻起来彼此不同,但其相应的红外光谱却极为相同。到了21世纪初,有的科学家发现了100对以上的气味分子的光学反映体是相同的,但它们的气味特性却极不相同。第三种理论被称作“振动引起电子隧道分光镜理论”。这一理论是1996年Luca Turin的论文中提出的,他主要是以受体蛋白的“生物分光镜”来代替上一假说中的机械振动分光镜,并把这一振动过程名之曰“非弹性的电子隧道”。
2 巴克的研究
2.1 巴克偷偷地关注起嗅觉 2004年诺贝尔医学奖获得者之一的阿氏,1967年毕业于哥大,1979年起就在哥大的内外科学院病理学和生化学系当上教授;并在此前2年就当上了课题经费申请人,即“老板”;1984年兼任了哥大霍华德一直工作到获奖时没有更动过他的工作单位――哥大，巴氏虽然年纪与他相仿,只差1岁,但是在上一世纪80年代仅仅是阿氏实验室里的一名博士后工作人员,她在那里完成“老板”给她的课题――特定神经元的基因表达及其分散性，和人类的其他感觉生理学相比,嗅觉生理学在当时并不被人重视,因为对人类来说,获得知识,即获得谋生手段和娱乐方式的主要感觉是视觉和听觉，因而嗅觉的机制,尤其是从分子和细胞水平对嗅觉的研究,在当时是很落后的,研究嗅觉的科学工作者也是屈指可数的，直到2004年诺贝尔医学奖颁发给嗅觉研究中的突破性项目,即使在美国的名校里,搞感觉生无忧论文 【http://www.uklunwen.com】理学研究的业内人士中,还有不少人对此不服气,觉得嗅觉机制的研究成果获诺贝尔奖,是不可思议的;甚至有人认为这简直降低了诺贝尔科学奖的水平。巴氏是在什么时候开始关心嗅觉的，这是她在2004年1月23日在《细胞》杂志的增刊里一篇短评中提到的，巴氏1975年获得西雅图(她的故乡)华盛顿大学的双学士(心理学和微生物学)学位;1980年获得克萨斯大学免疫学的哲学博士学位,然后就进入阿氏实验室做博士后。由此可见,巴氏的学术背景实际上是免疫学(而当时免疫学几乎还是微生物学的一个分支),所以可以说，巴阿氏从学士到博士后的10来年期间一直没有接触过嗅觉这个领域,而嗅觉从生理生物学上说来又是离开免疫学相当遥远的。她在自己的回忆录里写道:“我第一次想到嗅觉是我读到Sol Snyder研究组1985年发表的一篇讨论气味如何在鼻子中被察觉的问题之论文。这篇论文为我打开了一个令人向往的新世界。由此可见,基础科学上的许多创新往往始于好奇,这里又多了一个实例”。她接着写道:“人们估计,人类可以感受1万种以上彼此不同的作为气味的化合物。更令人注意的是,气味化合物轻微的变化可能明显地改变其被感受的气味，嗅觉系统是怎样察觉数量众多的气味的分散性呢，神经系统是如何将这种复杂的化学结构转化成为一大幅不同的气味感受呢，对我说来,这是一个纪念碑式的课题,而且是一个妙趣无比的谜团，我被深深地吸引住了”。一个高学历的科学工作者,在多年工作中没有显著作为,从而促使他(她)产生改变研究方向的念头,这也是科技史中常见的事。
2.2 巴克的创新思维 巴氏作为一个分子生物学时代(这个时代从克里克和沃森1953年发现DNA双螺旋结构开始)的免疫学家,当然是从分子水平来考虑嗅觉课题的,在当时这些工作是她首创的。她自己承认,免疫系统中抗体受体与抗体的结合对她启发很大,所以她一开始就寻找气味分子的受体假想。这就是科学方法论上所谓的“联想”。有文献报道,巴氏是受到另一种“联想”启示的,这就是气味受体可能相当于视觉受体这一较小家族的暗示。对于气味受体,她的设想是:气味受体应该和气味的多样性一样,多种类庞杂的,即可能是一个很大的家族,而其配体特异性则应该是可变异的。第二个推论就是:不同的气味要引发大脑中有关部位产生不同的信号,从而形成彼此很不相同的感受,那么在鼻子中可以察觉气味的嗅觉神经元,就必须是能够表达各种不同受体的。
3 1991年的一篇经典论文
3.1 气味识别的分子基础 巴氏和阿氏联合署名的科研成果《一个新的多基因家族可能编码气味受体:气味识别的分子基础》,发表在1991年4月5日出版的《细胞》杂志(第65卷第1期第175187页)上。这篇论文第一次从分子水平和基因水平阐明了大鼠的嗅觉机制，而且也被同行奉为嗅觉机制研究的杰作。连诺贝尔基金会的《新闻公报》也特地指出这篇论文的基础性意义,它写道:“阿克塞尔和巴克在1991年联名发表了一份基础性论文(Cell,1991,65:175187),该论文介绍了由大约1 000个基因组成的一个家族来调控全部气味体”。并且还特别提及“此后阿克塞尔和巴克分别独立地进行工作，但是在若干重大研究成果(其中有些是平行进行和发表的)中,从分子水平到细胞组成阐明了嗅觉系统”。1991年的这篇论文在这2位获奖者的获奖项目中所起的奠基性作用,几乎得到了公认。哥大医学中心为2004年诺贝尔医学奖发表了长达2页半的号外,一开头就把1991年发表的这篇论文称作为“奠基性的论文”。英国《自然》则在报道该奖时称,1991年的论文是一篇“震动感觉生理学的论文”,“他们的19 |
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论文题目：
鼻子和大脑合作的探索 
