Raffinaderi Xinjiang Kina Xiaodong Qiu/Moment/Getty Images För att hjälpa till att bekämpa den förorening som har orsakats av Kinas moderna industriella högkonjunktur, en miljöövervakningsstation i landets Guangdong -provins vänder sig till en gammal detektionsmetod - människan luktsinne . Tolv utbildade proffs har tillbringat sin tid i laboratorier, utsätts för en mängd olika skadliga gaser som plågar staden Panyu - på grund av dess rikliga fabriker och soptippar - i ett försök att upptäcka doftprofiler.
I den här artikeln, vi lär oss om hur näsan och den mänskliga hjärnan upptäcker och skiljer mellan lukt, bygger doftprofiler eller minnen, och hur forskare använder elektroniska enheter och robotar i artificiell lukt.Global Warming Gallery
Strax
Liu Jingcai, luktande teamets ledare och vice direktör för övervakningsstationen, berättade för tidningen China Daily att träningen inte precis har gett lagmedlemmarna en chans att använda sina luktförmåga för att stanna och lukta på rosorna. "Arbetet är ganska obehagligt, "sa Liu." Vi måste stanna i ett laboratorium som luktar de fruktansvärda gaserna upprepade gånger [Källa:China Daily].
Teammedlemmar har utbildats för att skilja mellan luktarna av skadliga miljöföroreningar och helt enkelt stötande, men ofarligt, lukt. De har till sitt förfogande känslig elektronisk utrustning (mer om det som kommer upp) som kan upptäcka densiteten av skadliga gaser i luften. Men de kinesiska sniffarna har en klar fördel jämfört med maskinerna:Människor kan inte bara upptäcka skadliga gaser, vi kan också visa fysiska reaktioner på dem, vilket gör gasernas närvaro i atmosfären så mycket tydligare.
Eftersom vårt luktsinne minskar känsligheten när vi åldras, det professionella sniftteamet kommer att genomgå en ny certifiering vart tredje år för att se till att medlemmarna fortfarande har optimal luktkunskap.
Men när de går runt Panyu på jakt efter föroreningar, hur exakt kommer laget att kunna särskilja luktarna de möter? I nästa avsnitt, vi får reda på hur den mänskliga hjärnan nosar ut skillnaderna.
Innehåll
Vi kan ta vårt luktsinne för givet, men exakt hur vi luktar är ett ämne för stor debatt och forskning bland neurologer och fysiologer. Vetenskapen har ett ganska bra grepp om exakt hur luktprocessen sker när lukten passerar luktreceptorerna - det är början och slutet av processen som får forskare att stubba.
Under många år, forskare har vetat att de olika nerverna som utgör luktpaket är specialiserade. De svarar var och en bara på de typer av molekyler de är utformade för att interagera med. Tänk dig en bank med brevlådor framför ett postkontor:en är för uppmätt post, en är för lokal post, och den ena är för post utanför staden. Var och en är fortfarande en brevlåda, och var och en tar emot e -post, men deras individuella syften är att dirigera en viss typ av e -post till en specifik plats, ungefär som nerverna i luktbuntar som dirigeras till en specifik molekylreceptor.
Vilken molekyl som helst, så länge det är flyktig (vilket betyder att det kommer att avdunsta vid rumstemperatur), har potential att lukta, eller en molekyl som vi kan känna genom lukt. När ett luktämne binder till receptorerna i en näsa, molekylens potential som luktämne förverkligas. Den mest accepterade teorin har varit att var och en av våra cirka 350 luktreceptorer har vissa strukturer som bara kan aktiveras av vissa typer av molekyler, baserat på molekylens form. Men denna lås-och-nyckel-teori [Källa:Neurofilosofi] har ett stort logistiskt problem:det finns molekyler med samma form och struktur som har helt olika lukt.
Nyare forskning tyder på att interaktionen mellan luktämnen och deras luktreceptorer är baserad på en mycket mer sublim fysisk process. Rotad i kvantfysik , den senaste teorin säger att interaktionen är baserad på reaktionen som orsakas i receptorerna av vibrationerna i en luktmolekyls atomstruktur. Receptorn reagerar på molekylens vibrationer, och detta svar utlöser överföring av luktinformation längs luktsystemet. Presto! Den kinesiska sniffaren kan utrota en skadlig kemikalie.
Men detta förklarar bara hur vi interagerar kemiskt med luktmolekyler. De flesta av de lukter vi känner till består av kombinationer av luktmolekyler. Så hur skapar vi vår uppfattning om lukt - oavsett om de är "goda" eller "dåliga" lukter - och, i sista hand, hur kan en sniffer se skillnaden mellan en lukt och en annan?
Det blir allt tydligare för forskare att processerna för att upptäcka lukt och uppfatta lukt i vår hjärna kan skilja sig åt. En studie från Northwestern University har kommit fram till att strukturen hos en luktmolekyl inte nödvändigtvis påverkar luktkodning som sker i hjärnan. Luktkodning är termen för hur våra hjärnor klassificerar lukt i olika kategorier. Forskarna fann att det kan vara en kombination av olika processer som fungerar tillsammans som gör att denna luktkodning kan äga rum.
Samma forskare har också fastställt att vår kodifierade luktminnen , eller luktprofiler skapade från exponering, kan förändras när vi stöter på ny eller ytterligare information om en lukt [Källa:Northwestern University]. Till exempel, luktar en gardenia blomma en gång kan skapa ett doftminne som kan utlösas när vi ser en gardenia -växt på avstånd, men successiva sniffar av en gardenia kan förtydliga och lägga komplexitet till vårt ursprungliga intryck av blommans doft.
I nästa avsnitt tittar vi på effekterna av föroreningarsniffning på människor.
De flesta av oss får inte betalt för att upptäcka föroreningar med näsan. Vi lär oss generellt om luktarna i vår miljö genom tillfällig exponering över tid. Men den kinesiska regeringens tillvägagångssätt för att träna sina sniffare är mer aggressivt och fokuserat. Genom att utsätta gruppmedlemmarna för luktarna i ett laboratorium under lång tid, sniffarnas idéer om en lukt förädlas snabbare, liknar en vinkännare som upptäcker anteckningarna, eller doftprofiler, av ett glas Chardonnay.
Men att nosa svavel och andra skadliga kemikalier kan vara extremt skadligt för människors hälsa. Så, medan kineserna använder människor för att hitta föroreningar, forskare i andra delar av världen söker teknik i form av elektroniska instrument.
Elefanten i rummet om de kinesiska föroreningarna som sniffar är att de som sniffar är människor. Det betyder att deras arbete kommer att stöta på två problem. Det första är att deras luktsinne kommer att försämras med tiden. Det andra är att de andas in skadliga kemikalier för sitt liv. Det första problemet kan övervinnas genom att rekrytera ersättande sniffare, men det andra problemet kan leda till hälsoproblem och till och med död för sniffarna.
I nästa avsnitt, vi ska titta på hur robotar och elektroniska enheter används i artificiell lukt.
Vi såg tidigare att Kinas mänskliga sniffare har en fördel framför känsligt elektroniskt instrument:som människor, vi har fysiska reaktioner som bekräftar förekomsten av föroreningar. Men att använda elektroniska instrument eliminerar behovet av att utsätta människor för skadliga föroreningar. För detta ändamål, vetenskapen söker nya sätt att använda teknik för att hitta föroreningar och bestämma dess koncentration.
ENosen är baserad på strukturen hos det mänskliga luktsystemet. Enheten använder polymerfilmer för att detektera och reagera på molekyler, ungefär som den lilla, hårliknande receptorer i ändarna av våra luktnerver. Dessa reaktioner tolkas sedan av maskinen.
En artikel om ENose som finns på NASA:s webbplats rapporterar att enheten är så känslig att den kan lukta en elektrisk eld innan den bryter ut och kan skilja mellan Coca-Cola och Pepsi [Källa:NASA]. Även de kinesiska sniffarna skulle ha problem gör det.
Tankarna till Natalie Jeremijenko, en professor i San Diego State University, projektet började som ett sätt att inte bara sniffa ut föroreningar på ett säkert sätt, men också för att öka medvetenheten om de miljöfaror som dessa föroreningar medför. Projektet har tagit fart, med eftermonteringslaboratorier som dyker upp runt om i landet i Idaho, New York och Florida.
Men sensorerna som används i Feral Dog Project har en lång väg att gå innan de hinner med ENosen. Medan robothundarnas sensorer kan plocka upp föreningar i 100 delar per miljon, ENos sensorer kan upptäcka så lite som en del - det är bara en molekyl - per miljon.
För mer information om Feral Dogs Project och en video med en robothundsläpp, kolla in länkarna på följande sida.
Det har alltid funnits en aspekt av föroreningssnusarna i Guangdongprovinsen som jag aldrig har kunnat komma till botten med - varför använda människor? Jag undrade över det när jag skrev artikeln, liksom när jag skapade ett "Stuff You Should Know" podcastavsnitt på det, och jag undrar fortfarande om det. Alla medföljande skador som följer med att människor avsiktligt utsätts för luftföroreningar - och inte bara det, men att få dem att ta långa djupa andetag av det som sina jobb - verkar åtminstone farligt om inte helt onödigt. I det fjärde avsnittet Jag skrev ett antal mekaniska sensorer som kunde göra det lika bra och faktiskt mycket bättre än mänskliga föroreningsdetektorer. Så, varför använda människor?
Detta var min första artikel för HowStuffWorks.com. Det var en testartikel, faktiskt, den som fick mig anställd, så jag har en verklig affinitet till den här. Att undersöka det gav också min första introduktion till det fascinerande faktum att vetenskapen inte vet hur vi upplever luktkänslan. Att bekanta mig med de luktteorier som jag talar om i den här artikeln utsatte mig också för hur mycket vi har kvar att lära.
Källor
Saker du behöver veta
Nu, testa dina kunskaper med dessa frågesporter!
Kolla in dessa bildgallerier!
