味道——气味学的科普

无意中我看到一个笑话,很有意思,是经典的小明体。摘录如下(原本的基础上略微补充):

小明:老师,水蒸气还是水吗?

老师:小明提的问题真棒,水蒸气只是水的存在的不同的形式,还是水,严格意义上来说,冰也是水的另一种存在形式,也是水。

小明:鼻子与口腔是不是连通的?

老师:当然,咱们学过,鼻子是气体进入的通道,口腔是食物进入的通道,他们是连通的,有时候,呛了就是口腔的食物进入鼻腔了。

小明:那我闻到尿的味道是不是相当于喝尿了?

老师:滚!

老师的暴跳如雷只是段子的夸张表达,其实如果真实的老师遇到这样的学生小明,会如遇珍宝。我们纵观他们的对话,会发现小明思路清晰,逻辑感极强,堪比《理想国》里面的推理。这样的学生有这样的辩论技巧,层层诱导老师走进他的结论,而结论确是如此的荒诞,让我们不禁感叹小明的思维能力之强。

我的关注点不在“滚”上面,我的关注点在“我们闻到尿的味道是不是相当于喝尿”这里。如果真是这样,那我们去洗手间就相当于间接喝尿,不论多少,每次一去洗手间,我就会想到这个问题,会让我难受,所以我想通过生物学的知识,证明这个结论是错误的。

那么要证误,必须找一个突破口。琢磨了一下小明的推理,我发现一个逻辑漏洞,小明得出的结论是默认了一个前提:尿液的气味就是尿液本身。那这个前提是不是成立呢?不知道。所以我把突破口定位在:尿液的气味是不是尿液本身。如果证明出尿的气味另有出处,那么小明的结论就会推翻,我也就不再难受了。

我们要研究这个问题,我们应该先了解一些最基础的气味学的知识。我们知道人有五官:眼耳口鼻身。这五种器官分别对应视觉、听觉、味觉、嗅觉与触觉。有趣的是除嗅觉之外的四种感觉都已经有了比较完善的相关学科,唯独嗅觉还是一片荒芜,几乎无人涉足。我们看看,与视觉相关,我们建立了光学,自从牛顿大神把白光色散之后,光学的发展如日中天,我们知道基本的常识光的三原色,颜料的三原色,包括颜色的深浅,我们都建立了相对而言,比较全面系统的光学框架;与听觉相关,声学也不甘落后,我们知道了声音源于物体的振动,解决了声音最本质的东西,随后确立了声音的响度、音调与音色。甚至对于音调,我们还与数学结合起来,创立了1234567的基本音乐理论。我们创立了分贝用来表示声音的响度对于声学,我们也深有研究;就算最不了解的味觉与触觉,我们也知道味觉分为五种,科学家们经过研究,一致认为五种基本的味觉是:咸、酸、甜、苦、鲜。味觉的感受器分布在舌头上,但是不同的味道,它的感受器在舌头的分布还略有差别,比如说甜味的感受器主要分布在舌尖,苦味的感受器主要分布在舌根。这里科普一下,辣,并不是味觉,而属于痛觉、属于触觉的领域。我们一般会说火辣辣地疼,就说明辣是触觉而非味觉。至于触觉,我们也知道疼痛可以分为12个等级,最低等的就是蚊子咬的时候的疼痛,最疼的时候,也就是12级的时候是妇女分娩时候所遭遇的疼痛。四种感觉基本都建立起相关的学科,唯独嗅觉并没有独立的学科来研究。我们姑且称之为气味学。

气味学是嗅觉的科学,属于生命科学的范畴。嗅觉对于生物体而言,至关重要。对于动物而言,最重要的事情就是觅食与繁衍后代。多数动物觅食,就是靠嗅觉,狮子追踪羚羊、蚂蚁觅食等等。动物求偶也是如此,动物在发情期,完全靠对于求偶素的感知。嗅觉对于生物而言,太重要了。

大千世界,无奇不有,但是当温度高于绝对零度的时候,任何物质都会挥发,这就奠定了气味学的基础,即任何物质都是有气味的。虽然所有的物质都能够产生气味分子,但是能不能被生物感知又是另外一回事了。换个角度来说,就是任何生物的嗅觉都会有一定的感知范围,都会有盲区。比如说我们生活在空气中,对于氧气、水蒸气、二氧化碳等气体无需刻意提防,所以人类的嗅觉中枢就删除了它们的气味信号。而骆驼因为生活在沙漠,对于水的需求度极高,所以骆驼的气味中枢就保留了对于水蒸气的气味。所以我们生活中所说的无味并不是真正的没有味道,只不过是我们人类无法感知而已。

那我们人类究竟是如何感知气味的呢?我们根据图1.1来进行阐释。首先,物质挥发产生气味分子,气味分子通过呼吸进入到鼻腔,并与位于上鼻腔的嗅粘膜的受体细胞结合。气味分子就相当于一个信号,这个信号会激发受体产生神经电冲动,通过发送电信号,将嗅觉信息传入嗅球,嗅球再将接收到的电信号传递到更高级的大脑区域。这样气味分子所产生的信息就传到了管理嗅觉区域的大脑,我们就能够闻到气味了。


图1.1

我们是如何闻到气味的生物学机制虽然了解了,但是根据科学家们的保守估计,空气中存在气味的种类数量是以亿为级别的,这就造成了研究气味的困难。但是还是有科学家迎难而上。伊利诺伊理工学院的安德鲁-德拉夫尼耶克(Andrew Dravnieks)带领团队在1985年完成了“气味全图”。全图汇集了百位专业评委借助了146个描述项(果香、柠檬香、醋香、烤鸡味、汽油味……)对144种气味分子进行统计。对于这个气味样本,有质疑,也有支持。质疑主要在于样本量太小,对于世界上如此多的气味而言,样本是否具有代表性有待商榷。尽管质疑声存在,气味全图仍然是系统分析的成果,它仍然是嗅觉机制研究的基础与起点。


图1.2
图1.3
图1.4

贾森-卡斯特罗和他的团队使用一种非负矩阵分解的密集型计算方法,对气味全图的样本进行数学分析,结论在2013年9月得以发表:基本气味确实存在。144种气味分子实际集中为10个集群或集中分布。这10种基本气味分别是:芳香、木香、果香、腐败臭、化学味、薄荷香、爆米花香、甜香、葱蒜臭和柠檬香。

这项研究对于气味的世界来说,具有很重大的意义。毕竟我们之前对于气味的分法很主观,好闻或者不好闻。这一项研究奠定了气味学研究的基础。

扯到这里,我们基本了解了气味学的一些基础知识,我们回到小明的话题。我们需要论证的其实是尿液挥发产生的气味分子是不是尿液本身。需要了解这个问题,我们需要对尿液进行化学成分的分析。

说到尿液,我曾经听到这么一个说法,汗液与尿液都是我们身体排泄出的废物,尿液与汗液是不是相同的呢?所以为了顺便回答这个问题,我比较着说一下尿液与汗液的成分。汗液与尿液在成分上基本没有什么区别,他们的区别在于各种成分的含量。汗液99%以上的是水,剩余的是钠离子、钾离子等矿质元素、氨基酸、脂肪酸、尿素、尿酸等物质,汗液是经过皮肤通过表面汗腺排到身体外面的。而尿液经过的是肾脏,肾脏是过滤除杂的,所以尿液经过肾脏之后,携带的身体废料就比较多,尿液中96%的是水,2.5%是含氮化合物,包括尿素、尿酸、肌酸酐等,还有1.5%的盐,包括钠离子、钾离子、氯离子、硫酸根离子等。其中尿酸来自核蛋白分子的分解,难溶于水,会形成小的结晶随尿排出,如果结晶较大,那就是肾结石或者膀胱结石。

按理说如果尿液的成分是这些的话,怎么也不会有尿骚味呀?尿骚味来自哪里呢?尿液放置一段时间,其中的尿素会被细菌分解产生二氧化碳和氨。氨气的臭味导致尿液的臭味。当然尿素的化学性质不稳定,尿素遇到水,温度如果再高一点的话,就会发生反应。

论证到这里,我们应该清楚了,所谓的我们问到的尿骚味,并不是尿液直接进入到我们的鼻子,而是尿液挥发所产生的氨分子作为气味分子,刺激我们上鼻腔嗅粘膜处的受体细胞产生神经冲动,将信息传入大脑,这样我们才会闻到尿骚味。

我们还会有这样的体验,如果在厕所待得时间足够久,尿味会逐渐减轻甚至于闻不到。这又是什么原因呢?这在生物学上称为感觉适应。从字面意思上也很好理解,人的神经末梢在一段时间内接受持续不变的刺激后,就会逐渐适应这个刺激,通常就表现为感觉不到这个刺激了。举个简单的例子,如果我们从明亮的地方走进一个漆黑的房间里,刚开始我们会什么都看不见,眼前一片漆黑,但是过一段时间之后我们的眼睛就会看见一些东西,这就是眼睛的暗适应。相反,如果你再从刚刚那个漆黑的小房间走到明亮的室外的话,刚开始也是什么也看不见,如果足够明亮的话你甚至还会流眼泪,但是稍过几秒种,你就能清楚地看见了,这称为明适应。如果是味觉的话,就表现为我们闻不到自己身上的体味。或者假设你的房间有异味,但如果你在自己的房间待久了,就闻不到,但是出一趟门,再回来,就会闻到了。古语有曰:入芝兰之室久而不闻其香,入鲍鱼之肆久而不闻其臭,就是这个道理。

适应的影响还取决于感觉的种类,一般而言,影响最小的是触压的感觉,也就是触压觉。平时我们几乎不会感觉到身上的衣服、手表对我们皮肤的压力,如果这个人忘性足够大的话,我们甚至会看到头上戴着帽子找帽子,手里拿着钥匙找钥匙。但是这也是相对而言,如果你背着几百斤的东西,应该会一直有感觉的。一般来说对于痛觉,我们是很难适应的,如果你牙疼的话,一疼就会疼一天,甚至疼几天,如果你不疼了,不会是你适应了牙疼的感觉,因为疼痛基本不会被适应。所以一个人如果不吃辣,从理论上来说,不会说吃几次辣就能适应的,因为我们前面说过,辣属于痛觉。

气味学的研究对于人类而言具有重大的意义,但是经过前面的介绍,我们也应该清楚,气味学不仅仅是生物科学所能解决的,我们还需要具备一定的化学甚至医学知识,所以我们在学习的时候一定要具备学科融合的素质,我们期待下一个重大的研究成果的出现。那最后分享几个关于气味学的冷知识。

一,我们闻到的金属的味道是金属本身的味道吗?大家应该有过这样的体验,当我们与金属接触的时间过长的时候,我们会闻到一股难闻的“金属”气味,东北人应该很有体验,毕竟是在寒冷的冬天舔过铁的人。其实,这种味道并不是金属本身的味道,一般来说,金属作为固体,很难挥发出气味分子,所以金属本身的味道我们并不能感知到。当我们接触金属的时候,我们皮肤上的汗液,皮脂等一些东西与金属发生氧化还原反应,会产生1—辛烯—3—酮,我们所闻到的味道主要就是它作为气味分子刺激大脑产生的。当然,反应还会催生其他物质,也是金属味的来源之一。

二,粪便的味道。这有点重口味了,但是还是值得一提。粪便的四分之一是水分,其它以蛋白质、脂肪、食物纤维、消化液残余、肠道脱落的细胞、细菌,还有维生素K、维生素B等等。粪便的气味是由细菌分解的产物所导致的,产生气味的主要成分是粪臭素,还有乙酸、丁酸、胺等等。粪臭素化学名是3—甲基吲哚,白色或微带棕色结晶,对光敏感,久置逐渐变为棕色。与亚铁氰化钾和硫酸作用显紫色,可以用作生化试剂。

粪臭素有趣的点在于,如果粪臭素含量较高的话,会有粪臭味,但一经稀释,含量少到一定程度的时候,就会散发出迷人的香味,所以经常会被添加进食物,作为食品香精。粪臭素的提取一般从煤焦油里面提取,也可以化学制取,当然粪臭素可以从粪便中提取的哦。所以我们不要惊讶,我们的粪便竟然还有这么奇葩的功能,从里面提取的物质竟然要添加到食物甚至香水里面,这正是生物的可循环利用。

气味的世界如此有趣,科学带领你了解更多。

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