Biyoloji ve Genetik

Nasıl Koku Alırız? Tanımlaması Kolay Ama Açıklaması Zor Bir Soru

Görme ve duyma algısıyla ilgili tahmin yapmak kolaydır. Eğer ışığın dalga boyunu biliyorsanız hangi renk olduğunu söyleyebilirsiniz ya da kâğıt üzerindeki notalara bakarak bir müzik parçasının nasıl olduğunu anlayabilirsiniz. Ancak söz konusu olan koklama algısı olduğunda durum farklıdır. Bir maddenin kokusunun nasıl olduğunu anlamanın tek yolu burnunuzu yaklaştırıp koklamaktır. Ancak bu noktada akla şu soru gelebilir. Kokular arasındaki farkı nasıl anlayabiliriz? Ve kaç kokuyu ayırt edebiliriz? Kaç koku ayırt edebiliriz sorusuna cevap vermek kolaydır. Biz insanlar bir trilyondan fazla farklı kokuyu hissedebilir ve ayırt edebiliriz! Şimdi açıklaması biraz daha zor olan “nasıl koku alırız” bölümüne bakalım. Daha iyi anlayabilmek için avcunuza vanilya kolonyası döküp kokladığınızı düşünelim. Bakalım neler oluyor?

Nasıl Koku Alırız?

Avcunuza kolonyayı döktüğünüz anca vanilin molekülleri hava molekülleri ile karışmaya başlar. Siz güzel kokuyu alırken, bu moleküller burun deliklerinden burun boşluğuna doğru yolculuğuna çıkar. Burun boşluğunda, vanilin molekülleri bu boşluğun tepesinde bulunan ve koku epiteli adı verilen bir alana ulaşır. Bu bölge, koku alma reseptörleri içeren nöron demetlerinden oluşur. Reseptörler vanilin ile bağlanır ve beyne sinyaller gönderir, bu daha sonra molekülün vanilya kökenli vanilin olduğu ve hoş koktuğu şeklinde yorumlanır. Çeşitli kokuları algılama yeteneğimiz, bu koku alma reseptörleri( olfactory reseptörler) ile koku verici arasındaki etkileşimin karmaşıklığında yatmaktadır. Bunun nasıl çalıştığını gözlemlemek imkansız olduğu için, dolaylı yollardan nasıl çalıştıklarını anlamalıyız.

Kilit ve Anahtar Modeli

Bu model, farklı şekillere sahip koku molekülleri ile uyumlu koku alma reseptörleri olduğunu savunur. Bir molekül bir reseptöre kilitlendiğinde, reseptör beyne bir sinyal gönderir ve o molekülü koklarız. Bu, algıladığımız her koku için bir reseptörümüz olduğu anlamına gelmelidir. Bununla birlikte, yaklaşık 300 farklı reseptörümüz yani 300 kilidimiz vardır. Ama bir şekilde en az bir kilidi açan binlerce anahtar bulunur. Benzer kimyasal yapılara (benzer moleküler gruplar) sahip moleküllerin benzer reseptörlere bağlanacağını varsayabiliriz. Örneğin, kükürt-hidrojen bağına sahip herhangi bir molekül çürük yumurta gibi kokacaktır. Bu teori, gözlemlere çok iyi uysa da açıklayamayacağı durumlar var. Aynı gruplardan oluşan, ancak farklı düzenlenmiş bazı moleküller çok farklı kokarlar. Örneğin, vanilin vanilya gibi kokarken, Isovanillin’in sevimsiz bir kokusu vardır.

Titreşim teorisi

Bu alternatif model, koku alma reseptörlerinin, kokuların nasıl titreştiklerine bağlı olarak nasıl koktuğunu tespit ettiğini söyler. Her kimyasal bağın doğal olarak titreştiği belirli bir rezonans frekansı vardır. Bu, her bir gitar telinin belirli bir frekansta titreşmesine ve böylece farklı bir ses üretmesine benzer. Farklı moleküller, hangi atomlardan yapıldıklarına ve nasıl bağlandıklarına bağlı olarak farklı benzersiz titreşim frekanslarına sahiptir. Bu özelliği bilim insanları bilirler ve moleküllerin kimyasal süreçlerini anlamak için spektroskopi adı verilen süreç kullanırlar. Spektroskopi, bir maddenin hangi atomlardan veya moleküllerden oluştuğunu belirleme işlemidir. Temelde spektroskopi, maddenin içinden beyaz ışık geçirilerek yapılır.

Bir atom veya molekül belirli miktarlarda enerjiyi emer ve hangi atom veya molekül olduğuna bağlı olarak belirli bir titreşim frekansında titreşir. Her element veya bileşiğin benzersiz bir titreşim frekansı olduğundan, maddenin bileşimi bu şekilde kolayca belirlenebilir. Ancak, uzun yıllar boyunca titreşim teorisi bilim dünyasında kabul görmedi. Çünkü burunlarımız spektroskopi yapamazlar. Ancak konu ile ilgili düşünceler işin içine kuantum mekaniği karışınca değişebilir.

Kuantum mekaniğindeki temel kavramlardan biri, maddenin hem bir dalga hem de bir parçacık gibi davranmasıdır. Bu durumda elektron spektroskopisi olarak bilinen fenomeni doğurur. Elektron spektroskopisi, ışık yerine titreşim frekanslarını tespit etmek için elektron kullanır. Ancak süreci açıklayabilmemiz için kısaca kuantum tünelleme kavramından da bahsetmek gerekir.

Kuantum Tünelleme nedir?

Kuantum tünelleme, elektronlar gibi kuantum parçacıklarının normal klasik parçacıkların gidemediği yerlere gidebilmesini sağlayan bir olgudur. Diğer bir deyişle bir partikülün, kendi kinetik enerjisinden daha yüksek potansiyel enerjiye sahip bir bariyere nüfuz edebilmesini veya içinden geçebilmesini tanımlar. Bir vadiye bir top atarsak topun kesinlikle vadide kalacağını biliriz. Topu diğer tarafa geçirmenin yolu ancak onu taşımamız olabilir. Ancak kuantum mekaniğinin olasılık dünyasında, topun vadide kalma şansı kadar vadinin diğer taraftaki düşük enerji durumuna geçme şansı da vardır. Çok basitçe söylemek gerekirse bu, kuantum parçacıklarının duvarlardan geçebileceği anlamına gelir!

Moleküllerin rezonans frekansları burnumuzda elektron tünelleme kullanılarak bulunuyor olabilir. Koku molekülü burun içindeki bir reseptöre bağlandıktan sonra, moleküldeki bir elektronun reseptörün diğer tarafına “kuantum tünelleme” yoluyla geçebilir ve bu yolla beyine koku sinyali gönderebilir. Reseptörleri çalışırken gözlemlemenin bir yolunu bulana kadar kesin olarak elbette bilemeyeceğiz. Ancak yine de, kuantum mekaniğinin bedenlerimizin günlük işleyişinde bile bir rol oynadığını görmek büyüleyici. 

Kaynaklar ve İleri Okumalar:

Matematiksel

Sibel Çağlar

7 yıl Kadıköy Anadolu Lisesinin devamında lisans eğitimimi Marmara Üniversitesi İng. Matematik öğretmenliği üzerine tamamladım. Devamında 20 yıl çeşitli özel eğitim kurumlarında matematik öğretmenliği ve eğitim koordinatörlüğü yaptım. 2015 yılında matematiksel.org web sitesini kurdum. Amacım bilime ilgiyi arttırmak, bilimin özellikle matematiğin zihin açıcı yönünü açığa koymaktı. Yolumuz daha uzun ve zorlu ancak en azından deniyoruz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.