嗅觉神经元是如何成为气味管理大师的？( 三 )
这种受体水平上的轻微演化限制可能会对下游的嗅觉神经回路施加巨大的选择压力：神经系统需要良好的机制来解码受体活动的混乱模式 。“实际上 ， 嗅觉系统已经演化到采取任意的受体激活模式 ， 并通过学习和经验赋予它们意义 。”鲁塔说 。
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感官感知的多样性
然而 ， 有趣的是 ， 神经系统似乎并没有为自己减轻工作量 。科学家们过去普遍认为 ， 单个嗅觉神经元上的所有受体都属于同一类别 ， 而不同类别的神经元则分布在大脑的不同处理区中 。然而 ， 在去年11月发表的两份预印本中 ， 研究人员报告说 ， 苍蝇和蚊子的单个嗅觉神经元都表达出多种类型的受体 。
鲁塔团队的发现还远不能说明嗅觉受体是如何工作的 。昆虫使用许多其他种类的离子通道嗅觉受体 ， 其中有大量比石蛃的更复杂、更特殊的 。在哺乳动物中 ， 嗅觉受体甚至不是一种离子通道；它属于一个完全不同的蛋白质家族 。
“这是所有物种的任意受体中气味识别的第一个结构 。但这可能不是气味识别的唯一机制 。”鲁塔说 。即便如此 ， 她和其他研究人员认为 ， 我们可以从石蛃的嗅觉受体中学到更多的通用知识 。例如 ， 去想象这种机制如何应用于动物大脑中的其他受体——从探测多巴胺等神经调质的受体到受各种麻醉药影响的受体 。
她补充说 ， 或许在其他情况下也应该考虑这种柔性结合的方法 。例如 ， 今年3月发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究表明 ， 即使是典型的锁钥离子通道受体也可能不像科学家们认为的那样具有严格的选择性 。
如果许多不同种类的蛋白质通过某种口袋内灵活的弱相互作用与受体结合 ， 那么这一原理可以指导各种疾病（特别是神经疾病）的合理药物设计 。至少 ， 鲁塔关于避蚊胺与昆虫嗅觉受体结合的研究可以为开发有针对性的驱蚊剂提供新见解 。她的发现实际上明确了半个多世纪以来关于避蚊胺如何发挥作用的争论 。避蚊胺是最有效的驱蚊剂之一 ， 但科学家一直不明白为什么——比如 ， 是它对昆虫而言 ， 气味难闻 ， 还是它会损害昆虫的嗅觉信号 。鲁塔和她同事的研究提出了一个不同的理论：避蚊胺通过激活许多不同的受体 ， 以无意义的信号淹没其嗅觉系统 ， 使得昆虫混乱 。
“化学认知的奥秘便是借以结构为透镜去研究 。”鲁塔说 ， “结构生物学 ， 是如此美丽 ， 明确 ， 且具有惊人的解释力 。我的实验室在细胞和系统神经科学方面做了很多工作 ， 很少有实验能像结构那样具有解释能力 。”
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关于作者
Jordana Cepelewicz
Jordana Cepelewicz是Quanta杂志的生物专栏作家 。她关于数学、神经科学和其他学科的著作也出现在《鹦鹉螺》（Nautilus）和《科学美国人》（Scientific American）上 。她于2015年毕业于耶鲁大学 ， 获得数学和比较文学学士学位 。
本文经授权转载自微信公众号“nextquestion” 。
原文：
https://www.quantamagazine.org/secret-workings-of-smell-receptors-revealed-for-first-time-20210621/
【嗅觉神经元是如何成为气味管理大师的？】来源：返朴
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