吃辣椒为啥感觉热?吃薄荷为啥觉得凉?2021年这项诺奖告诉你答案
发布时间:2021-10-09
出品:科普中国
制作:李雷
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  辣椒为啥让人感觉热?薄荷为啥让人觉得凉?

  到底是科学还是个人的错觉呢?获得了2021年诺贝尔奖生理学或医学奖的两位科学家,戴维·朱利叶斯(David Julius)和阿代姆·帕塔博蒂安(Ardem Patapoutian,给了你答案:

  你的感觉是没错的。

  

  2021年诺贝尔生理学或医学奖得主:戴维·朱利叶斯(David Julius

  和阿尔代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian

  (图片来源:诺奖官网)

辣椒和薄荷,对应着不同的“感受器”

  辣椒让人发热,这是自从辣椒发现就众所周知的。可是辣椒为什么会让人发热呢?

  早期科学家告诉你,这是因为,辣椒,并不是味觉,而是痛觉,这种痛觉会让人体发热。不过,人体到底是如何感受到辣椒这种痛觉呢?要知道,辣椒可不是像针刺那样明显会刺激到我们的神经。

  于是加州大学旧金山分校的David Julius决定去探究一下辣椒到底是怎么让人感受到疼痛的。当然,他肯定不能用辣椒直接研究了,而是用辣椒里的关键成分:辣椒素进行研究。

  不过,这个时候,一个问题出现了:

  很多细胞是没有“痛觉”的,你必须选择能够感受“痛觉”的细胞,最终,他们找到了感觉神经元,这是一种专门用来感知的神经元。

  接下来,就是研究到底辣椒素是如何让感觉神经元识别的。这就涉及到了基因。

  人体中的基因太多了,想确定到底是什么基因发挥作用太难了,于是他们决定采用“大数据”来筛选。

  这里的“大数据”是生物学上的基因文库,就是包含了数百万基因片段的一个混合体。然后他们把这些片段对应的基因在感觉神经元中表达,也就是让这些基因发挥作用。接下来就看哪个基因可以对辣椒素有反应了。

  经过一系列尝试,科学家最终发现了一个可以对辣椒素有反应的基因,这是一个新的发现,最后命名为TRPV1,这也是一个新鉴定出来的离子通道蛋白基因。

  

  (图片来源:参考文献)

  而值得一提的是,这个痛觉受体,竟然是和温度有关,相当于一个顶俩,这就有意思了。

  这就解释了为什么吃辣椒感觉又热又痛的原因了:我们吃下辣椒,辣椒里面的辣椒素可以引发人体的TRPV1来触动痛觉,而这种痛觉还和温度有关,所以就有了又热又痛的感觉了。

  既然如此,那么,有人一定会问,那些清凉的食物呢?

  于是科学家们用常见的薄荷开始了进一步的研究。无论是薄荷味的牙膏、冷饮还是口香糖,给我们的感觉都是凉的。不过,科学研究上使用的关键物质是薄荷醇。

  采取类似的研究办法,研究人员果然发现了新东西,那就是 TRPM8,这是被证明可以被寒冷激活的受体,这个研究是JuliusPatapoutian分别独立研究的,他俩也是今年两位诺奖得主。

  用一张图来汇总:

  

  (图片来源:诺奖官网)

  可以说,整个研究,发现了人体是如何感受到温度和触觉(也就是痛觉这种典型触觉),他们是有一系列受体来进行。

除了温度感觉,机械感觉怎么感知?

  当然,有了温度感觉,可是,机械感觉呢?要知道,机械感觉那才是最早的最广泛的触觉啊,比如拥抱、触摸等都是机械感。

  于是今年诺奖的得主之一Patapoutian在研究完薄荷后转身就去研究机械感觉了。

  他们开发了一套细胞体系,这体系的特点就是刺激一个细胞,细胞会发出电信号,而接下来可以对电信号进行检测。

  

  (图片来源:诺奖官网)

  接下来,他们筛选出了72个候选基因,经过一一排除,最后找到了一个新的感受机械压力的通道蛋白Piezo,这个词来源于古希腊语压力(píesi)

  

  

  (图片来源:诺奖官网)

  这次诺奖的内容可以用一张图来统一汇总:

  温度/热痛觉是和TRPV1有关,触觉刺痛是和PIEZO2有关,它们都是人体感受器的一部分。

  

  (图片来源:诺奖官网)

为什么他们能够获得诺奖?

  可能有人会好奇,这东西不是很早就知道了嘛,笛卡尔就思考过人是如何感受热量的。中学生物书上也有反射弧这一概念,大致路线是:感受器-传入神经-神经中枢-传出神经-效应器。为什么他们的研究还能够获得诺奖?

  

  其实,问题就在这里,上图是一个很粗略的过程,其中涉及到了很多细节问题,其中典型的就是感受器。

  以手为例,手上可是没有味觉受体的,它是没法感受到味道的,但是手为何能感受到辣椒的火辣感觉呢?到底是什么东西触发了手的感觉,产生了神经电流呢?这就是这次诺奖得主研究的内容。

  诺奖委员会指出,这两位诺奖得主在TRPV1TRPM8、以及Piezo通道上的突破性贡献,不仅让我们知道人体如何感知冷热,感知触觉,从而理解身边的世界,后续的研究还为我们带来了更多生理上的洞见,也被用于开发多种治疗疾病的药物,实实在在将科学转化为了造福病患的工具。

  参考文献:

  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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