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    吃辣椒為啥感覺熱?吃薄荷為啥覺得涼?2021年這項諾獎告訴你答案
    發布時間:2021-10-09
    出品:科普中國
    制作:李雷
    監制:中國科學院計算機網絡信息中心

      辣椒為啥讓人感覺熱?薄荷為啥讓人覺得涼?

      到底是科學還是個人的錯覺呢?獲得了2021年諾貝爾獎生理學或醫學獎的兩位科學家,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年諾貝爾生理學或醫學獎得主:戴維·朱利葉斯(David Julius

      和阿爾代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian

     ?。▓D片來源:諾獎官網)

    辣椒和薄荷,對應著不同的“感受器”

      辣椒讓人發熱,這是自從辣椒發現就眾所周知的??墒抢苯窞槭裁磿屓税l熱呢?

      早期科學家告訴你,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。

      于是加州大學舊金山分校的David Julius決定去探究一下辣椒到底是怎么讓人感受到疼痛的。當然,他肯定不能用辣椒直接研究了,而是用辣椒里的關鍵成分:辣椒素進行研究。

      不過,這個時候,一個問題出現了:

      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元,這是一種專門用來感知的神經元。

      接下來,就是研究到底辣椒素是如何讓感覺神經元識別的。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揮作用太難了,于是他們決定采用“大數據”來篩選。

      這里的“大數據”是生物學上的基因文庫,就是包含了數百萬基因片段的一個混合體。然后他們把這些片段對應的基因在感覺神經元中表達,也就是讓這些基因發揮作用。接下來就看哪個基因可以對辣椒素有反應了。

      經過一系列嘗試,科學家最終發現了一個可以對辣椒素有反應的基因,這是一個新的發現,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。

      

     ?。▓D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,相當于一個頂倆,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人體的TRPV1來觸動痛覺,而這種痛覺還和溫度有關,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,科學研究上使用的關鍵物質是薄荷醇。

      采取類似的研究辦法,研究人員果然發現了新東西,那就是 TRPM8,這是被證明可以被寒冷激活的受體,這個研究是JuliusPatapoutian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:

      

     ?。▓D片來源:諾獎官網)

      可以說,整個研究,發現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在研究完薄荷后轉身就去研究機械感覺了。

      他們開發了一套細胞體系,這體系的特點就是刺激一個細胞,細胞會發出電信號,而接下來可以對電信號進行檢測。

      

     ?。▓D片來源:諾獎官網)

      接下來,他們篩選出了72個候選基因,經過一一排除,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)。

      

      

     ?。▓D片來源:諾獎官網)

      這次諾獎的內容可以用一張圖來統一匯總:

      溫度/熱痛覺是和TRPV1有關,觸覺刺痛是和PIEZO2有關,它們都是人體感受器的一部分。

      

     ?。▓D片來源:諾獎官網)

    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-神經中樞-傳出神經-效應器。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了手的感覺,產生了神經電流呢?這就是這次諾獎得主研究的內容。

      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,后續的研究還為我們帶來了更多生理上的洞見,也被用于開發多種治療疾病的藥物,實實在在將科學轉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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