屁 为什么 是 臭 的 ？人 为什么 能闻出 上万种 气味 ？李永乐 老师 讲 嗅觉
各位 同学 大家 好 我 是 李永乐 老师
最近 有个 小朋友 跟 我 说
他 的 前桌 总是 放屁
一 放屁 整个 教室 就 有 那味 了
他 就 想 问 我 说 人 为什么 能 闻到 屁 的 臭味 呢
今天 我们 来 解释一下 这个 问题
我们 首先 先 来说 一下 屁 它 为什么 有 臭味
屁 其实 就是 在 人 消化 过程 中 产生 的 一些 气体
那么 这些 气体 主要 有 哪些 成分 呢
比如 有 一个 人 他 突然 之间 就 放屁 了
这个 气体 有 很多很多 种 不同 的 分子
那么 有 哪些 呢 比如说 主要 有 这么 几种
首先 有 氮气
氮气 的 特别 大
氮气 大概 占 了 80%
还有 就是 二氧化碳
还有 氢气 还有 氧气
再 比如说 甲烷 等等 这些 气体 主要 的 成分
这些 气体 其实 都 是 无味 的
这个 屁 里面 主要 气体 都 是 无味 的
占 了 99% 以上
所以 说屁 里边 大部分 是 没有 味 的
但是 为什么 我们 感觉 屁 很 臭 呢
这个 原因 是因为 它 还有 极少量 的 带 臭味 的 气体
比如说 有 硫化氢
硫化氢 这种 气体
它 有 臭 鸡蛋 的 气味
这种 气体 它 是 有 臭味 的
臭 鸡蛋 的 味道
那么 这个 气体 大概 只 占 了 1% 不到
但是 人 的 鼻子 特别 灵敏
所以 就算 是 占 了 1% 的 臭味 气体
人 也 能 感受 到 而且 感受 非常 强烈
最初 这个 屁 其实 只是 在 它 屁股 的 部位
但是 我们 知道 分子 是 在 永不 停息 的 无规则 运动 的
在 运动 过程 之中
小 范围 的 气体 分子 就 会 逐渐 的 扩散
扩散 的 越来越 大 越来越 大
终于 它 扩散 到 另外 一个 人
他 的 鼻子 这 了 是 吧
所以 另外 一个 人 就 会 感觉 非常 的 难受
这样 这个 人 就 闻到 了 屁 的 臭味
他 闻到 的 其实 是 里面 的 硫化氢 气体
其他 这些 无味 的 气体 人 是 闻 不到 的
也就是说 人 闻到 屁 的 臭味
其实 是 屁 里面 的 硫化氢 分子 进到 了 人 的 鼻子
你 如果 到 厕所 里 闻到 臭味
那 就是 屎 分子 进入 到 人 的 鼻子 了
你 到 花丛 里边 闻到 花 的 香味
就是 因为 花 的 香气 分子 进到 人 的 鼻子 了
总而言之
就是 某 一种 带有 气味 的 分子 进到 人 的 鼻子 里 去 了
那么 有 同学 可能 就 会 感觉 很 奇怪
那 为什么 分子 进到 我 鼻子 里 去 了
我 就 能 感受 到 这种 臭 或者 香 的 这种 味道 呢
所以 人们 的 嗅觉 到底 是 怎么 形成 的
我们 要 来说 一下
嗅觉 的 形成
嗅觉 是 一种 非常 非常 重要 的 感觉
我 甚至 认为 它 可能 是 最 重要 的 一种 感觉
用于 逃避 危险 非常 重要
那么 嗅觉 究竟 是 如何 形成 的 呢
其实 人们 研究 的 还是 比较清楚 的
比如说 这有 一个 人
这有 一个 人
这个 人 他 的 鼻子 和 嘴
那么 这个 人 他 鼻子 里边 有 鼻腔 是 吧
在 气体 分子
比如说 硫化氢 或者 是 什么 其他 的 有 味儿 的 气体
进入 到 人 的 鼻子 里 去 之后
人 的 鼻子 里面 有 一个 比较 小 的 区域
这个 比较 小 的 区域 大概 有 几个 平方厘米 那么 大
这个 区域 我们 称之为 嗅 上皮
在 这个 嗅 上皮 的 这个 区域
人 是 可以 感受 到 气味 的
而 除了 嗅 上皮 以外
鼻子 里边 其他 的 部位 其实 都 是 不 感知 味道 的
它 的 作用 是 为了 加热 这个 冷空气
或者 是 为了 过滤 空气 中 的 一些 灰尘
能够 使得 人 感受 到 气味 的
只有 嗅 上皮 这么 一小块 几个 平方厘米 的 面积
在 嗅 上皮 上面 有 什么 呢
嗅 上皮 上面 有 一种 细胞
这个 细胞 我们 称之为 嗅 细胞
嗅 细胞 底下 还有 这个 毛
用来 增大 面积
这种 这 叫 嗅 细胞
这个 嗅 细胞 它 是 一种 神经细胞
我们 知道 神经细胞 一般来讲 是 不能 再生 的
所以 如果 一个 人 他 味觉 受损
比如 吃 了 很 烫 的 火锅
结果 一下子把 舌头 烫 坏 了
他 没有 感觉 了 对 吧
味道 没有 了
但是 过 几天 反正 就 好 了
但是 如果 你 这个 嗅 细胞 要是 受损 了
人 的 鼻子 闻到 了 特别 剧烈 刺激性 的 味道
结果 鼻子 受损 了
这样一来 他 可能 很 久 才能 恢复
甚至 可能 终生 都 不能 恢复
所以 这个 鼻子 我们 还是 要 保护 好 的
那么 当 这个 气体 进入 到 鼻子 里边 之后
接触 到 这个 嗅 细胞
就 会 使 嗅 细胞 产生 一种 电信号
这个 电信号 就 会 往 上 传导
然后 穿过 人 鼻子 上面 的 这个 骨头
这个 骨头 我们 称之为 筛骨
为什么 叫 筛骨 呢
因为 它 上面 有洞 这个 嗅 细胞 就 穿过 了 这个 筛骨
进入 到 什么 部位 了 呢
进入 到 人 大脑 中 的 一个 部位
这个 部位 我们 称之为 嗅球
这有 一个 部位 我们 称之为 嗅球
嗅球 其实 没有 这么 大
我 把 它 给 画 大 了
嗅球 其实 是 脑 的 一部分
也就是说 我们 通过 一个 神经
我们 就 可以 直接 的 把 这种 信号 传递 到 大脑 里 去 了
所以 这个 传递 速度 是 非常 快 的
我们 一旦 闻到 了 气味
很快 大脑 就 感知 了
当然 了 这个 信号 进入 到 人 的 大脑 里面 之后
还要 继续 在 大脑 中 进行 传递
那么 它会 在 一个 区域 里边 进行 传递
这个 区域 我们 给 它 起个 名字 叫 嗅 小球
就是 在 嗅球 里边 传递 信号 的 这么 一个 区域 叫 嗅 小球
嗅 小球 里边 又 有 一种 长得 像 济公 帽子 一样 的
这样 的 一个 神经
这个 神经 我们 就 给 它 起个 名字 叫 僧帽 细胞
长 的 像 这个 和尚 的 帽子 一样 僧帽 细胞
这个 僧帽 细胞 和 嗅 细胞 在 嗅 小球 的 区域 内
用 突触 进行 连接
把 这个 信号 再 传递 到 大脑 的 其他 部位
传递 到 比如说 皮层 或者 是 杏仁核 这样 的
可以 控制 人 情绪 的 部位
于是 我们 就 产生 了 这个 人放 了 个 屁
我 非常 的 生气
有 一阵 花香 飘过来
我 就 非常 开心
就 会 有 情绪 的 变化
我们 总结 一下 大概 的 过程 就是 这样 的
首先 有 一些 气体 的 分子
这个 气体 分子 进入 到 鼻子 里面 去
会 和 这个 嗅 细胞 这种 神经细胞 遭遇
这个 嗅 细胞 就 会 产生 一个 电信号
然后 再 经过 这个 僧帽 细胞
通过 这个 僧帽 细胞 就 传递 到 大脑 的 其他 的 部位 了
人 就 感受 到 这个 过程 了
所以 整个 这个 嗅觉 的 形成 过程 比 听觉 和 视觉 都 要 快
听觉 和 视觉 这种 感受
它 首先 要 传递 到 下丘脑
传递 之后 再 传递 到 大脑 的 其他 部位 它 比较慢
但 嗅觉 得 特别 快
原因 是 什么 呢
我 个人 认为 可能 是 这样 的 一个 原因
就是 因为 生命 在 形成 之初
什么 听觉 视觉 可能 都 没有
甚至 连 大脑 都 还 没有 的 时候
它 就 必须 要 感受 外界 的 环境
什么 环境 呢
最 典型 的 就是 外界 的 化学 环境
它 得 知道 什么样 的 东西 是 好 的
什么样 的 东西 是 不好 的
所以 化学分子 过来 了 之后
它 就 必须 通过 某种 机制 了解 到 外界 的 化学分子 是 什么
于是 形成 了 最 原始 的 嗅觉
嗅觉 形成 之后
大脑 可能 才 逐渐 的 发育 起来
所以 嗅觉 是 一种 非常 基础 的 感觉
那么 问题 又 来 了
你 说 嗅觉 非常 基础
但是 它 为什么 又 能够 区分 不同 的 气味 呢
为什么 香气 和 臭气 闻起来 它 不 一样 呢
我们 接着 说
我们 来 研究 一下
人 为什么 能够 分辨 不同 的 气味
人能 分辨 的 气味 有 上万种 那么 多
为什么 人能 分辨 出 这么 多种不同 的 气味 呢
我们 研究 这个 问题 得 提 两个 人
这 两个 人 都 是 美国 的 神经 科学家
一个 人 叫做 阿 克塞尔
还有 一个 人 名字 叫 巴克
这 两个 人 他们 获得 了 2004 年 的
诺贝尔 生理学 或 医学奖 诺奖
那么 这 两个 人 研究 什么 获得 诺贝尔奖 呢
其实 就是 研究 嗅觉
我们 首先 来说 一下
这 两个 人 他 最 开始 是 在 老鼠 上 做 实验
然后 他 发现 了 什么 呢
他 发现 老鼠 大概 有 1000 种
控制 嗅觉 的 基因
那 我们 知道 哺乳动物 的 基因 其实 一共 也 就是 几万种
但是 其中 居然 有 1000 种 是 用来 控制 嗅觉 的
人 可能 少 一点
可能 有 400 种 可以 控制 嗅觉 的
那么 这些 个 基因 可以 干什么 呢
可以 产生 不同 的 蛋白质
每 一种 基因 它 可以 产生 一种 特异 的 蛋白质
那 这个 基因 比例 在 哺乳动物 身体 中
应该 是 占 相当 大 的 比例 了
大概 占 了 1%~5% 这么 大
整个 这 一大堆 的 基因 都 是 用来 控制 嗅觉 的
为什么 要 这么 多 的 基因 来 控制 嗅觉 呢
他 说 具体来讲 嗅觉 形成 要 谈到 一个 物质
叫做 G 蛋白 偶联 受体
这 名字 比较 奇怪
简称 叫 GPCR
这是 一种 蛋白质 和 其他 物质 组合而成 的 一种 物质
靠 这种 物质 人们 就 可以 分辨 不同 的 气味 了
我们 具体来讲
比如说 人能 分辨 气味 是因为 有 嗅 细胞
嗅 细胞 会 穿过 这个 筛骨
底下 有 这个 毛
毛 上面 有 什么 呢
这个 毛 上面 就 有 我 刚才 所说 的 这个 东西 叫 GPCR
而且 我们 有 几百种 基因 来 控制 嗅觉
每 一种 基因 又 可以 产生 一种 蛋白质
这种 蛋白质 又 可以 产生 一种 特异性 的 G 蛋白 偶联 受体
也 就 不同 的 这种 GPCR 可能 有 几百种
那么 每 一种 GPCR 它 都 针对 某些 特定 的 气味 的 分子
它 只能 跟 某些 特定 气味 的 分子 相结合
我们 来 具体 说 一下
比如说 这个 GPCR 它长 的 样子 可能 是 这个 样子 的
我 就 随便 瞎画 一个 可能 长 这个 样子 的
而 这边 再有 一个 小 蛋白质 把 它 连 起来
这 就是 GPCR 了
然后 来 了 一个 分子
这个 分子 是 硫化氢
硫化氢 它 正好 长成 一个 三角形
当然 是 个 比方
也就是说 这 硫化氢 它 正好 能够 嵌入 到 坑 里边 去
这 就 叫 特异性
就是 这种 GPCR 它 只能 跟 硫化氢
或者 其他 的 一些 物质 结合
而 不能 跟 比如说 像 花 的 香气
像 米饭 的 香味
不能 跟 那些 玩意 相结合
它 就 只 结合 这种 臭味
于是 这 硫化氢 分子 就会 粘到 这个 GPCR 身上
一旦 粘到 GPCR 身上 之后
它 的 分子结构 就 会 发生变化
它 这 里面 的 这个 蛋白质 我们 称之为 G 蛋白
这个 G 蛋白 就 会 脱落
它 脱落 了 之后 又 会 引起 一大堆 复杂 的 化学变化
然后 就 会 打开 离子通道
释放出 钠离子
那么 钠离子 一旦 释放出来 了 之后
对于 这个 嗅 细胞 来讲 就 会 产生 一种 神经 冲动
或者说 就 叫做 电位 就是 动作电位
那么 这个 神经 信号 就 被 传上去 了
不同 的 GPCR 会 接受 不同 的 分子
所以 我们 就 知道 了 这个 是 香味
这个 是 臭味
不过 问题 又 来 了
假如 说 人 有 400 种 基因 的话
它 只能 产生 400 个 不同 的 GPCR
但是 我们 闻到 的 味道 却 有 上万种
你 这个 数量 它 不 匹配
这个 怎么 解释 呢
那 这 两个 人 又 提出 了 一个 理论
什么 理论 呢
就是 人 的 嗅觉 是 可以 进行 编码 的
什么 叫 编码 呢
我们 看 假如 这是 那个 筛骨
筛骨 上面 有 很多 的 穿透 筛骨 的 嗅 细胞 对 不 对
那么 嗅 细胞 一共 有 400 种
那 400 种 不是 400 个 每 一种 它 都 有 很多 个
我们 现在 就 以 两种 为例
假如 说 它 只有 两种 嗅 细胞
这 两种 嗅 细胞 我们 分别 管它 叫
1 号 嗅 细胞 和 2 号 嗅 细胞
现在 这 两种 不同 的 嗅 细胞
它们 穿过 筛骨 之后 要 跟 这个 僧帽 细胞 结合
但是 它们 结合 的 时候 会同 种 的 结合 到 一块
同种 的 到 这 形成 了 一个 凸起
然后 再 通过 一个 僧帽 细胞 连接 到 大脑 中 的 其他 的 部位
然后 2 号 的 这个 也 是 一样
它们 俩 会 竖 到 一块
然后 形成 一个 凸起
再 和 一个 僧帽 细胞 结合
然后 它们 两个 传播 另外 一种 信号 到 大脑
所以 大脑 是 可以 分辨 出来 我 到底 接受 的 信号
是 来自 于 1 号 的 嗅 细胞
还是 来自 于 2 号 嗅 细胞
或者 是 同时 来自 于 1 号 和 2 号 的 嗅 细胞
所以 当 我们 一大堆 的 分子 过来 了 之后
它 就 会 引起 不同 的 感受
每 一种 GPCR 会 接受 几种 特定 的 分子
而 每 一种 分子 又 会 被 几种 特定 的 GPCR 所 接受
于是 就 形成 了 一种 编码
咱们 看 你 这个 气体 过来 了 之后
你 到底 能 不能 引起 1 号 嗅 细胞 的 感受 呢
你 能 不能 引起 2 号 嗅 细胞 的 感受 呢
如果 都 不能
那么 这个 气味 可能 就是 无味
你 感受 不到 对 吧
如果 1 号 能 2 号 不能
那么 我 就 说 这 就是 A 味道 是 吧 香味
如果 2 号 能 1 号 不能
那 我们 可能 是 B 味道 可能 臭味 是 吧
如果 1 2 都 能 那 可能 就是 C 味道 那 就是 酸味
那 咱们 想一想
人 如果 有 400 种 不同 的 GPCR
他 到底 最 多 能够 感受 多少 种 气味 呢
按照 这种 编码 的 形式
应该 是 2⁴⁰⁰ 这么 多个 对 不 对
所以 我们 能 分辨 出 1 万种 气味 这个 不足为奇
我们 的 上限 可能 是 这么 大
嗅觉 对于 生物 有着 至关重要 的 作用
比如说 在 生命 形成 之初
没有 视觉 也 没有 听觉 的 时候
人们 要 感受 外界 环境
那 就 只能靠 嗅觉
小狗 刚生 下来 的 时候
它 的 眼睛 是 闭 着 的
但是 还 能 找到 这个 狗 妈妈 的 奶头
为什么 呢 靠 嗅觉 对 吧
所以 嗅觉 可以 让 动物 趋利避害
觅食 求偶 都 需要 靠 嗅觉
人 也 是 一样
比如 我们 吃 东西
很多 人 可能 感觉 吃 东西 主要 靠 的 是 味觉
其实 不是
人 的 舌头 灵敏度 是 非常 差 的
它 只能 分辨 5 种 味道
酸 甜 苦 辣 咸
那么 人 之所以 能够 感受 到 不同 的 食物
它 的 味道 千差万别
那 是因为 我们 吃 东西 的 时候
食物 中 的 一部分 分子 通过 鼻子 和 嘴 之间 的 通道
进入 到 了 鼻子 里
人们 通过 嗅觉 才 分辨 出 不同 的 食物 来
不信 你 下 一次 吃饭 的 时候
你 试一试 把 鼻子 捏住
然后 去 吃 东西
你 会 发现 吃 什么 东西 味道 都 差不多
你 感受 不到 这个 食物 的 鲜味 了
再 比如说
我们 在 管道 煤气 里面 人为 的 加入 一种 恶臭味 的 气体
这样 一旦 煤气 泄漏 了
我们 就 可以 第一 时间 知道
我们 做饭 的 时候
一旦 把 饭 烤焦 了
我们 也 能够 第一 时间 知道
所以 可以 趋利避害
对于 某些 昆虫 来讲
完全 是 靠 气味 求偶
比如说 飞蛾 但是 人 的 这方面 好像 是 退化 了
求偶 的 时候 主要 看 对方 长得 好不好 看 靠 视觉
不过 也 有 科学家 指出
在 求偶 过程 中 嗅觉 也 是 非常 重要 的
有些 人 的 气味 你 一闻 你 就 感觉 这个 人 特别 好
为什么 呢
因为 气味相投 的话
它 的 直接 结果 是 可以 使 你们 的 后代 有 更 强 的 免疫力
这 是 在 科学 上 有 一定 的 根据 的
再 比如说 也 有 科学家 认为 除了 鼻子 以外
人 身体 的 其他 部位 也 能够 形成 这种 嗅觉 的 物质
只不过 这种 嗅觉 不 能够 传到 大脑 里面 去
不过 它 依然 会 形成 一些 生理 的 反应
比如说 精子
精子形成 了 之后
为什么 会 朝着 卵子 一直 游泳 呢
这 是因为 精子 上面 可能 会 有 嗅觉
它 能够 感受 到 外界 的 化学物质
卵子 发出 的 这种 气味
于是 精子 就 朝着 气味 的 方向 游 啊 游 啊 游
最后 就 和 卵子 结合 了
所以 嗅觉 不管 是 对于 生物 的 进化
还是 对于 我们 的 生活 都 是 有着 非常 重要 的 意义 的
嗅觉 真是太 重要 了
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