A1. Biologiczne analizatory

Za pośrednictwem zmysłów dociera do mózgu człowieka (więcej >>) nieprzerwany strumień informacji o stanie otoczenia. Największy ich ładunek zawierają sygnały przekazywane przez narządy wzroku i słuchu. Zmysłami o największym znaczeniu dla ziemskich ekosystemów pozostają jednak zmysły chemiczne:  węch i smak, lub ich pierwotne odpowiedniki, którymi dysponują proste organizmy, nie posiadające układu nerwowego (np. receptory białkowe w błonach organizmów jednokomórkowych).

http://en.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_CajalReceptory ludzkiego narządu węchu znajdują się w małej części śluzówki nosa. Tak zwane pole węchowe zajmuje około 5 cm2 powierzchni. Nabłonek wyściełający pole węchowe składa się z trzech rodzajów komórek: właściwych komórek węchowych oraz komórek podstawowych i podporowych.  Komórki węchowe - podobnie jak inne komórki układu nerwowego - składają się z ciała komórki (perikarion) i dwóch rodzajów wypustek cytoplazmatycznych - dendrytów (odbierających sygnały) i aksonów (wysyłających sygnały). Obok zamieszczono jeden z rysunków histologa Santiago Ramón y Cajal z r.1899. Dendryty komórek węchowych, kończące się licznymi rzęskami, są skierowane w stronę powierzchni nabłonka. Aksony przenikają przez otwory w blaszce sitowej do opuszki węchowej, stanowiącej zakończenie płata węchowego mózgu.

Pobudzenie komórki następuje wskutek utworzenia kompleksu z białkiem o odpowiedniej strukturze, "pływającym" w "płynnej mozaice", jaką jest błona komórkowa (z receptorem). W latach 1970-tych uważano, że istnieje siedem rodzajów receptorów, reagujących na siedem zapachów podstawowych (teoria stereochemiczna Amoore'a). Dzięki późniejszym badaniom genetycznym wiemy, że jest ich kilkaset lub nawet tysiąc (Linda Buck, Richard Axel, Nagroda Nobla 2004;  Wikipedia >>>).

fileadmin/pliki/odory/Wyklady/LBuck_ORS.jpg (format:  jpg, rozmiar:  87 kB)

fileadmin/pliki/odory/Wyklady/LBuck_ORS_2.jpg (format:  jpg, rozmiar:  52 kB)

Slajdy z wykładu Lindy Buck,
wygłoszonego na uroczystości wręczania Nagrody Nobla 2004

fileadmin/pliki/odory/Wyklady/WA1_jpg3.jpg (format:  jpg, rozmiar:  53 kB)Miejscowe pobudzenie komórki węchowej bodźcem chemicznym  powoduje otworzenie się znajdujących się w jej błonie białkowych kanalików i dyfuzję jonów (film >>). Powoduje to miejscową depolaryzację błony, po czym fala pobudzenia przemieszcza się wzdłuż dendrytów i aksonów. (Wikipedia>>). Sygnał o jej dotarciu do zakończenia aksonów jest przekazywany innym neuronom (synapsy). Każdy neuron opuszki węchowej odbiera impulsy z aksonów wielu komórek nabłonka węchowego, w licznych synapsach pobudzających.

Z milionów komórek węchowych zawierających około tysiąca różnych receptorów białkowych informacja o odorantach jest przekazywana analizatora węchowego, jednego z licznych analizatorów wrażeń zmysłowych w mózgu.

Wszystkie sygnały - z sensorów różnych zmysłów - są analizowane równolegle.

fileadmin/pliki/odory/Wyklady/WA1_jpg2.jpg (format:  jpg, rozmiar:  46 kB)Stan wiedzy na temat pracy mózgu jest zwykle przedstawiany przez specjalistów na przykładzie mechanizmów analizy wrażeń wzrokowych, dużo dokładniej poznanych niż w wypadku węchu. Świetlne sygnały z otoczenia są odbierane przez około 7 mln czopków (z trzema rodzajami receptorów widzenia barwnego) i około 100 mln pręcików (widzenie zmierzchowe) siatkówki oka (więcej - kliknij TUTAJ). Mapa pobudzeń receptorów siatkówki zawiera informacje o jasności i kontrastach jasności obrazu, położeniu i kształcie przedmiotów, ich ruchu i barwie. Nie jest to jednak „widzenie”. Francis Crick pisze w książce „Zdumiewająca hipoteza”: „Przyjacielowi możesz powiedzieć: Zawołaj mnie, kiedy ta ładna młoda spikerka zacznie czytać wiadomości, ale bezcelowe jest żądanie tego od telewizora. [...] Skonstruowanie telewizora w taki sposób, by błyskał światłem, jeśli gdziekolwiek na ekranie zobaczy kobiecą twarz, wymagałoby wyposażenia go w znacznie bardziej rozbudowane systemy przetwarzania; tak bardzo rozbudowane, że obecnie nie potrafimy zbudować tak skomplikowanego urządzenia”. Tymczasem naszemu koledze wystarcza jedno spojrzenie, by dostrzec w mozaice kolorowych punktów na płaskim ekranie młodą, ładną spikerkę. Umożliwia to tajemniczy układ miliardów podobnych do siebie neuronów, wzajemnie połączonych licznymi wypustkami rozgałęzionych aksonów.

Różnicę między typowymi pomiarami strumienia światła, długości fal w wiązce światła, stężenia związków chemicznych w powietrzu i wodzie itp., a sensoryczną oceną jasności, barwy, zapachu, smaku itp ilustrują liczne przykłady złudzeń wzrokowych i powidoków. Ich  wyjaśnienie umożliwia wiedza o zasadach działania mózgu. "Program" tego super-komputera, powstaje od narodzenia człowieka przez całe jego życie. Jest efektem treningu sieci neuronów, w której są "zapisywane" wzorce przedmiotów, sytuacji, zachowań, ... 

Zachęcamy do przemyślenia przyczyn złudzeń wzrokowych,

prezentowanych  na  www.złudzenia.pl >>).

Do pobrania: 

- prezentacja ppt, dotycząca podstawowych zagadnień percepcji wrażeń zmysłowych, ze szczególnym uwzględnieniem wrażeń wzrokowych i węchowych. Aby pobrać wykład w formie prezentacji Power Point - kliknij w pole obrazka.

Więcej informacji:

Podręcznik  ODORY,  PWN 2002;  rozdz. 1 (5 stron do pobrania)

Artykuły (pliki pdf do pobrania):

Osobom bardziej zainteresowanymzagadkami węchu biologicznego polecamy dodatkowo ciekawe materiały ze strony   http://nobelprize.org: Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny, 2004

Wykłady Laureatów,

wygłoszone  8 grudnia 2004 w Sztokholmie, w czasie uroczystości nadania Nagrody:

Ciekawostki:

Zapach a odchudzanie

Rzeczpospolita, 3 stycznia 2010; TVN24;... Kolejną propozycję z gatunku dietetycznych cudów przedstawili holenderscy naukowcy - relacjonuje "Rzeczpospolita". Według nich te same molekuły, które potrafią przyprawić nas głód, mogą także uaktywniać obszary w mózgu, które sprawiają, że ogarnia nas uczucie sytości. ...

Psy skuteczne w wykrywaniu nowotworów
24 lutego;  
Skuteczność wykrywania nowotworu złośliwego przez wyszkolone psy na podstawie zapachu wynosi od 70 do 90 procent - uważają naukowcy.- W Polsce psy szkoli się do wykrywania markerów zapachowych raka płuca i piersi. Za granicą podejmowano także próby wyszkolenia psów do wykrywania markerów zapachowych raka pęcherza, jajników i prostaty - mówi prof. Tadeusz Jezierski z Instytutu Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN w Jastrzębcu pod Warszawą.

Zapach choroby
19.08.2008; 
Diagnoza raka w ciągu kilku minut i to tylko dzięki dmuchnięciu w balonik? Toruńscy naukowcy biorą udział w pionierskich badaniach nad wynalezieniem unikalnej metody wykrywania nowotworów. A wszystko przez psy.

Z archiwum TVP-i: 

ZWIERZOWIEC,  
program Doroty Sumińskiej (video 15 min): „Świat zapachów to świat pełen ważnych informacji. Naturalne zapachy wydzielane przez zwierzęta mogą wabić, ostrzegać lub odstraszać. Jaki zapach jest przyjemny dla nosorożca, a jaki dla ludzi? Co to są feromony i czy język może zastąpić nos?”

Z archiwum TVN:

17:30, 26.06.2008 /Reuters:  Szczur na etacie sapera
GDZIE CZŁOWIEK NIE MOŻE, TAM SZCZURA POŚLE

Są lekkie, inteligentne i mają bardzo dobry węch. Dlatego też to właśnie szczury pomogą człowiekowi oczyszczać pola minowe. Na razie tylko w Mozambiku. Szczury świetnie radzą sobie na polach minowych. Mają tak samo dobry węch jak psy, ale są o wiele lżejsze, więc jeśli na minę nastąpią, nie wylecą w powietrze. Dodatkowo szczury są tak inteligentne, że po wywąchaniu miny dają znać swojemu opiekunowi o jej położeniu. Wtedy do akcji wkroczyć już musi człowiek, bo jak na razie nie udało się nauczyć szczurów rozbrajania ładunków wybuchowych. Chociaż wojna domowa w Mozambiku skończyła się czternaście lat temu, to zostawiła po sobie morderczą spuściznę - co miesiąc kilkoro ludzi ginie po wejściu na porzucone przez walczących miny.

CHIŃSKIE PSY TRENUJĄ PRZED IGRZYSKAMI

Jak podczas każdego przygotowania trenerzy kładą również nacisk na psychiczną gotowość swoich podopiecznych. Dlatego też psy bezustannie uczone są posłuszeństwa. Specjalne zabiegi polepszają też ich węch.
Rozpoznać nie-Azjatę:  To ostatnie zadanie jest trudne, bo jak do tej pory psy były przyzwyczajone tylko do zapachu Azjatów. Gdy do Pekinu zjadą tysiące zagranicznych turystów i dziennikarzy, psy muszą być przygotowane. O bezpieczeństwo Igrzysk łącznie będzie dbało ok. 100 tys. policjantów i 600 tys. wolontariuszy.

Przystępne informacje o węchu i zapachu,

adresowane do dzieci i młodzieży, można znaleźć
na DISCOVERY EDUCATION / YOUNG SCIENTIST CHALLENGEE.

Polecamy krótką - treściwą informację o wynikach badań L. Buck i R. Axela oraz kilka przykładów z Video Center:

- o węchu sępów:
   Sępy zwykle nie mogą dostrzec jedzenia z wysoka, zwłaszcza jeżeli widok zasłaniają liście. Szukając jedzenia kierują się węchem;

- o budowie neuronu i przekazywaniu sygnału (synapsa, transmitery),

- o „percepcyjnym spostrzeganiu” otoczenia (pięć zmysłów i interpretacja sygnałów w mózgu),

- o jednoczesnym odbieraniu informacji o smaku i zapachu (zmysły chemiczne).