获得诺贝尔奖,无疑是科研人员的一项卓越成就。然而,诺贝尔奖所奖励的成果并非无懈可击,在科学发展的进程中,它们也可能会受到争议。以2004年诺贝尔生理学或医学奖为例,该奖项授予了两位美国科学家,表彰他们发现了嗅觉机制的秘密—通过研究人类嗅觉的神经元,揭示了嗅觉受体如何与气味分子相互作用。这一发现一度被认为是嗅觉神经生物学领域的重大突破。他们发现,人类的鼻黏膜中含有大量嗅觉神经元,其表面覆盖着各种类型的嗅觉受体,这些受体由约1000个不同的基因进行编码,并能够识别各种不同的气味分子。人们所获得的嗅觉感知是通过多种受体的组合编码来实现的,而非单一受体。然而,瑞士的一个研究团队(以下简称瑞士团队)近期在《当代生物学》期刊上发表的一项新研究,挑战了这一“诺奖级”理论。
瑞士团队的研究表明,人类对气味的感知或许并不需要多种受体的组合,而是可以依赖单一的受体。这一结论与获得诺贝尔奖的“嗅觉受体组合编码理论”形成鲜明对比,提出了关于嗅觉机制的新理论。
瑞士团队通过实验发现,某些气味,如龙涎香、葡萄柚、葡萄酒等散发的气味,能够激发强烈的嗅觉反应,这表明人类对这些气味的感知可能仅需要一种特定的受体。
为了验证这一假设,科研人员采取了与传统理论完全不同的研究方法。然而,这项研究的实验过程充满挑战,因为科研人员几乎无法在实验室中培养出嗅觉神经元。这使得科研人员很难通过常规实验手段,明确某种受体分子与哪种气味分子相匹配。过去,要完成这一验证,通常需要通过啮齿动物实验,以探索不同气味与受体的对应关系。然而,随着科学界越来越倾向于减少动物实验,这一领域的研究者也面临着新的困难和挑战。
1991年,诺贝尔奖得主阿克塞尔和巴克曾经成功克隆出了嗅觉受体的基因,这一成果为科研人员带来了巨大的希望。他们希望能够利用这一技术,在实验室中呈现并研究嗅觉受体的功能,但现实中的实验进展却远未达到预期。尽管科研人员曾尝试将这些基因引入常见的细胞系(如人类胚胎肾细胞),以便在实验室中培养这些受体,但未能取得成功。因此,在实际工作中,科研人员在验证受体和气味之间的关系时困难重重。
为了解决这一问题,瑞士团队采用创新手段,改造了嗅觉受体的氨基酸链末端(C端结构域),有效提高了这些受体在人类胚胎肾细胞中的表达水Ix5nrkhqBWu66sMx+GapaA==平。这一改造使得科研人员能够在实验室环境下,较为轻松地研究嗅觉受体对各种气味的反应。研究团队对400种已知嗅觉受体的C端结构域进行改造,并测试了它们对数百种气味分子的反应。结果发现,某些气味分子能够专门激活单一的受体,这进一步证实了嗅觉感知可能依赖单一受体的理论。
例如,龙涎香的香味就能通过特定的嗅觉受体被识别。龙涎香在香水制造中是重要的定香剂,通常用于增强香水的持久性。与之类似的,还有木质香、广藿香等天然香料,它们的气味也是由特定的嗅觉受体识别并传递给大脑的。这些研究结果表明,嗅觉受体的反应具有极高的特异性,一种气味可能通过单一的嗅觉受体被感知,而不需要依赖多种受体的组合。
这一发现对于香水、化妆品等行业具有深远影响。如果能够明确某些气味的感知机制,香水制造商可以减少使用原料的种类,从而降低生产成本。与此同时,这一研究还可能推动香料的开发,帮助研究人员找到新的气味分子,并优化气味配方。
然而,这项研究也存在一定的局限性。尽管瑞士团队成功改造了嗅觉受体并进行了大量实验,但并非所有受体都能通过这一方法得到有效表达。某些受体的高效表达仍然是一个未解之谜,尤其是一些香水中常用的气味分子,如桉树味、檀香木味等,研究团队并未找到与之匹配的受体。
值得注意的是,部分学者认为,瑞士团队的研究本质上是在讨论嗅觉受体对气味分子反应的比例问题,即是否某些气味分子只激活少数几种受体,而并非激活大量不同种类的受体。这揭示了气味受体感知范围的多样性,意味着受体在识别气味时可能存在更强的特异性。
这项新研究对“诺奖级”科学发现提出了挑战,同时也带来了对科学进步本质的更深的反思。科学进步并非总是通过正确取代错误,而是通过更精确、更适用、更经得起检验的理论来不断取代曾被广泛认同的科学理论。
例如,2025年4月,美国伊利诺伊大学的教授萨法拉兹·K·尼亚兹对2024年诺贝尔化学奖得主的相关研究提出了不同看法。他指出,AlphaFold和RoseTTAFold等蛋白质预测模型,并未解决功能性蛋白质结构预测的关键问题。尽管这些工具在静态蛋白质结构的预测上有一定的突破,但它们无法提供动态的、与功能相关的结构预测。这一局限性使得这些模型无法全面预测蛋白质的功能结构。尽管AlphaFold在某些领域取得了突破,但尼亚兹认为它尚不足以从根本上改变蛋白质科学这一领域。
这种不断检验和修正的过程,正是科学发展的动力。无论是对已知理论的挑战,还是对新兴发现的反思,都在推动科学不断向前发展。在科学发展的进程中,或许并没有绝对的正确与错误,更多的是适合性与解释力的逐步提升。