吃辣椒為啥感覺熱?吃薄荷為啥覺得涼:
出品:科普中國
制作:李雷
監(jiān)制:中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心
辣椒為啥讓人感覺熱?薄荷為啥讓人覺得涼?
到底是科學(xué)還是個人的錯覺呢?獲得了2021年諾貝爾獎生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的兩位科學(xué)家,戴維·朱利葉斯(David Julius)和阿代姆·帕塔博蒂安(Ardem Patapoutian),給了你答案:
你的感覺是沒錯的。
2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主:戴維·朱利葉斯(David Julius)和阿爾代姆·帕塔普蒂安(Ardem
Patapoutian)(圖片來源:諾獎官網(wǎng))
辣椒和薄荷,對應(yīng)著不同的“感受器”
辣椒讓人發(fā)熱,這是自從辣椒發(fā)現(xiàn)就眾所周知的??墒抢苯窞槭裁磿屓税l(fā)熱呢?
早期科學(xué)家告訴你,這是因為,辣椒,并不是味覺,而是痛覺,這種痛覺會讓人體發(fā)熱。不過,人體到底是如何感受到辣椒這種痛覺呢?要知道,辣椒可不是像針刺那樣明顯會刺激到我們的神經(jīng)。于是加州大學(xué)舊金山分校的David Julius決定去探究一下辣椒到底是怎么讓人感受到疼痛的。當(dāng)然,他肯定不能用辣椒直接研究了,而是用辣椒里的關(guān)鍵成分:辣椒素進行研究。
不過,這個時候,一個問題出現(xiàn)了:
很多細胞是沒有“痛覺”的,你必須選擇能夠感受“痛覺”的細胞,最終,他們找到了感覺神經(jīng)元,這是一種專門用來感知的神經(jīng)元。接下來,就是研究到底辣椒素是如何讓感覺神經(jīng)元識別的。這就涉及到了基因。人體中的基因太多了,想確定到底是什么基因發(fā)揮作用太難了,于是他們決定采用“大數(shù)據(jù)”來篩選。這里的“大數(shù)據(jù)”是生物學(xué)上的基因文庫,就是包含了數(shù)百萬基因片段的一個混合體。然后他們把這些片段對應(yīng)的基因在感覺神經(jīng)元中表達,也就是讓這些基因發(fā)揮作用。接下來就看哪個基因可以對辣椒素有反應(yīng)了。經(jīng)過一系列嘗試,科學(xué)家最終發(fā)現(xiàn)了一個可以對辣椒素有反應(yīng)的基因,這是一個新的發(fā)現(xiàn),最后命名為TRPV1,這也是一個新鑒定出來的離子通道蛋白基因。
(圖片來源:參考文獻)
而值得一提的是,這個痛覺受體,竟然是和溫度有關(guān),相當(dāng)于一個頂倆,這就有意思了。這就解釋了為什么吃辣椒感覺又熱又痛的原因了:我們吃下辣椒,辣椒里面的辣椒素可以引發(fā)人體的TRPV1來觸動痛覺,而這種痛覺還和溫度有關(guān),所以就有了又熱又痛的感覺了。
既然如此,那么,有人一定會問,那些清涼的食物呢?
于是科學(xué)家們用常見的薄荷開始了進一步的研究。無論是薄荷味的牙膏、冷飲還是口香糖,給我們的感覺都是涼的。不過,科學(xué)研究上使用的關(guān)鍵物質(zhì)是薄荷醇。采取類似的研究辦法,研究人員果然發(fā)現(xiàn)了新東西,那就是 TRPM8,這是被證明可以被寒冷激活的受體,這個研究是Julius和Patapoutian分別獨立研究的,他倆也是今年兩位諾獎得主。用一張圖來匯總:
(圖片來源:諾獎官網(wǎng))
可以說,整個研究,發(fā)現(xiàn)了人體是如何感受到溫度和觸覺(也就是痛覺這種典型觸覺),他們是有一系列受體來進行。
除了溫度感覺,機械感覺怎么感知?
當(dāng)然,有了溫度感覺,可是,機械感覺呢?要知道,機械感覺那才是最早的最廣泛的觸覺啊,比如擁抱、觸摸等都是機械感。于是今年諾獎的得主之一Patapoutian在研究完薄荷后轉(zhuǎn)身就去研究機械感覺了。他們開發(fā)了一套細胞體系,這體系的特點就是刺激一個細胞,細胞會發(fā)出電信號,而接下來可以對電信號進行檢測。
(圖片來源:諾獎官網(wǎng))
接下來,他們篩選出了72個候選基因,經(jīng)過一一排除,最后找到了一個新的感受機械壓力的通道蛋白Piezo,這個詞來源于古希臘語壓力(píesi)。
(圖片來源:諾獎官網(wǎng))
這次諾獎的內(nèi)容可以用一張圖來統(tǒng)一匯總:
溫度/熱痛覺是和TRPV1有關(guān),觸覺刺痛是和PIEZO2有關(guān),它們都是人體感受器的一部分。
(圖片來源:諾獎官網(wǎng))
為什么他們能夠獲得諾獎?
可能有人會好奇,這東西不是很早就知道了嘛,笛卡爾就思考過人是如何感受熱量的。中學(xué)生物書上也有反射弧這一概念,大致路線是:感受器-傳入神經(jīng)-神經(jīng)中樞-傳出神經(jīng)-效應(yīng)器。為什么他們的研究還能夠獲得諾獎?
其實,問題就在這里,上圖是一個很粗略的過程,其中涉及到了很多細節(jié)問題,其中典型的就是感受器。以手為例,手上可是沒有味覺受體的,它是沒法感受到味道的,但是手為何能感受到辣椒的火辣感覺呢?到底是什么東西觸發(fā)了手的感覺,產(chǎn)生了神經(jīng)電流呢?這就是這次諾獎得主研究的內(nèi)容。諾獎委員會指出,這兩位諾獎得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性貢獻,不僅讓我們知道人體如何感知冷熱,感知觸覺,從而理解身邊的世界,后續(xù)的研究還為我們帶來了更多生理上的洞見,也被用于開發(fā)多種治療疾病的藥物,實實在在將科學(xué)轉(zhuǎn)化為了造福病患的工具。
參考文獻:
Zagotta, William N., et al.“Measuring distances between TRPV1 and the plasma membrane using a noncanonical amino acid and transition metal ion FRET.” Journal of General Physiology 147.2 (2016): 201-216.
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