להריח דרך מבנה המולקולות

קשה להבין את הקשר בין התכונות הפיזיקליות של חומר לתחושה שהוא מעורר, אבל ניתן להסיק על פי המבנה הפיזיקלי-כימי של מולקולה אם הריח יהיה נעים יותר או פחות מחומרים אחרים

ריחות מסוימים מסוגלים לעורר בנו תחושות ורגשות חיוביים – ריח האדמה לאחר הגשם, ריח דשא קצור, ריח פירות הדר – או שליליים: ריח תפוח-אדמה רקוב, עובש או שתן ישן. ואולם, איננו יודעים מה מגדיר את חוויית הריח.
בראייה או בשמיעה, ניתן להגדיר בקלות יחסית את הקשר בין מאפיינים פיזיקליים לתחושה הנקלטת בחושים: מהו אורך הגל של אור אדום וכן מה בהירותו, או מהם התדר והעוצמה של הצלילים הבוקעים מסקסופון בעת נגינת ג'אז. חומרי הריח הנקלטים באפינו בנויים ממולקולות – ריחנים – שלהן מאות תכונות: גודל, צורה, סוגי האטומים, סוגי הקשרים הכימיים בין האטומים, סוגי הקשרים הכימיים בין המולקולות לבין מולקולות אחרות ועוד.

איך מפענחים ריחות?לכן קשה הרבה יותר להבין את הקשר בין התכונות הפיזיקליות של הריחן לתחושה שהוא מעורר. עד עתה לא פוענח “קוד הריח”: הקוד המחבר בין תכונות המולקולה לריח שהיא מעוררת – בדומה לקוד המפוענח זה כבר המקשר בין צבע ואורך גל. מאמר שהתפרסם במגזין Journal of Neuroscience מתאר צעד ראשון בכיוון זה. המחקר המתואר נערך במעבדות במכון ויצמן למדע ובאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, בראשותו של פרופ' נעם סובל (Sobel) ממכון ויצמן.

על מנת לפענח את הקוד, ניסו החוקרים לקבוע מהי התכונה שבעזרתה ניתן לאפיין את רוב השונוּת של המולקולות בטבע, כפי שניתן לאפיין חלק גדול מהשונות של האור בעזרת ציר המתאר אורך גל. העין, המסוגלת לקלוט ולפענח מאפיינים אלה, יכולה להפיק בעזרתם מידע רב על העולם הפיזיקלי הנראה. סביר להניח שגם חוש הריח מבחין במאפיינים המאפשרים לו להפיק מהריחנים מידע רב ככל האפשר על העולם הכימי הסובב אותנו. בעזרת תוכנה סטטיסטית, מצאו החוקרים ציר המתאר את מרבית השונות בתכונותיהם הכימיות והפיזיקליות של הריחנים.

ציר הריח: מנעימים ללא נעימיםהצעד הבא היה למצוא ציר דומה המסביר את השונות בחוויית הריח. ישנן דרכים רבות לתאר ריח: מתוק, חריף, מעופש וכו'. החוקרים השתמשו במאגר ריחות קיים, המכיל 160 ריחנים שדירגו 150 מומחים – חוקרי ריח ואנשי בשמים – לפי 146 מאפיינים, כגון מתקתק, פרחוני, וגם “ריח יבש” ו”ריח של נר בוער”. הסתבר שהציר המתאר את רוב השונות בתחושות שמעורר הריח הוא ציר הנעימות – כלומר, הציר שבצדו האחד ריחות לא-נעימים ובצדו האחר ריחות נעימים.
כאשר משווים את שני הצירים האלו, זה המתאר את תכונותיהם הפיזיקליות והכימיות של הריחנים וזה המתאר את התחושות שאותם ריחנים מעוררים בבני-אדם, מתברר שהם מתאימים זה לזה. במילים אחרות, לפי המודל שפותח במחקר, אם נבנה ציר המסביר את רוב השונות הכימית בעולם שסביבנו, ונסדר לאורכו ריחות, הריחות יהיו מסודרים פחות או יותר מהנעים ללא-נעים.
לדברי סובל, יש היגיון רב בכך שהתכונה העיקרית שבעזרתה אנו חווים את הריח מתאימה לתכונות המתארות בצורה הטובה ביותר את השונות הפיזיקלית-כימית של הריחנים. חוש הריח התפתח על מנת לתת לנו מידע רב ככל האפשר על העולם הכימי, כפי שהעין התפתחה לתת לנו מידע רב ככל האפשר על העולם הנראה. העין משתמשת בקולטנים המזהים את השונות המקסימלית באור (אורך גל ומידת בהירות), לכן היינו מצפים כי קולטני הריח יזהו את התכונות התורמות לשונות המקסימלית בריחנים, כפי שמציע המודל.

כיצד אוכלוסיות שונות מתייחסות לריח?על מנת לבדוק את המודל ערכו החוקרים כמה ניסויים, שבהם התבקשו נבדקים לדרג ריחות של 52 ריחנים, שלא היו חלק ממאגר המידע שלפיו פותחו הצירים, לפי מידת הנעימות שלהם. החוקרים השתמשו במודל על מנת לחזות את מידת הנעימות של כל ריחן על פי התכונות הפיזיקליות-כימיות שלו, והשוו את התחזית לדירוגם של הנבדקים. הסתבר כי המודל אכן הצליח לנבא בצורה מוצלחת את מידת הנעימות של הריחנים, לפי דיווחי הנבדקים.
בניסויים עוקבים, נבחרו נבדקים משלוש אוכלוסיות שונות – אמריקנים מקליפורניה, יהודים מישראל וערבים מוסלמים מישראל – על מנת לבדוק אם ישנו גורם תרבותי נרכש במידת הנעימות שבני-אדם מייחסים לריחות, או שזוהי תכונה אוניברסלית. התברר מהניסויים כי האוכלוסיות השונות דירגו את הריחות בצורה דומה מאוד, ובשלושת המקרים התוצאות חפפו במידה רבה את התחזית של המודל.
כאשר בדקו את הדירוגים של שלוש הקבוצות לגבי מידת ה”אכילוּת” (edibility) של הריח, כלומר עד כמה הוא מעורר תיאבון, נמצאו הבדלים גדולים יותר. יש לציין כי ריח נעים הוא לאו דווקא מעורר תיאבון, ולהפך – סובל מביא לדוגמה את ריחן של הגבינות הבשלות הצרפתיות המעוררות תיאבון באנשים רבים, אך רובם לא יטענו כי הריח נעים, ולראיה, איש לא יחשוב לשווק בושם או סבון בניחוח גבינה בשלה. מסתבר כי שאלת ה”אכילוּת” של הריח תלויה בנסיבות תרבותיות יותר מאשר הנעימוּת שלו.

הריחות עוזרים במאבק להישרדותעל אף יכולת החיזוי של המודל הנוכחי, עדיין יש מקום לשיפור. לדברי סובל, המערכת אינה מסוגלת להבדיל בין מולקולות דומות מאוד, כמו מולקולות כִּירָליות – מולקולות הדומות זו לזו בכל פרט לכך שהן בבואות מראה שאינן חופפות זו לזו, בדומה ליחס בין יד ימין ליד שמאל. לריחן “שמאלי” יש ריח שונה מריחן “ימני”, אך המודל אינו מסוגל לחזות הבדל זה. דוגמה לבעיה נוספת היא חוסר התייחסות של המודל לעוצמת הריח.
המערכת מתייחסת רק למולקולה ולא לריכוז המולקולות כאשר היא חוזה את נעימות החומר, אך כל מי שעמד ליד אדם שהתבשם בכמות רבה של בושם יכול להעיד שבכמות עודפת, גם ריח נעים עלול להפוך לריח דוחה. לכך יש להוסיף את העובדה שחוויית הריח היא בחלקה דבר סובייקטיבי, ואף נוטה להשתנות במהלך החיים ולהיות מושפעת מחוויות ומאירועים שונים.
עם זאת, העובדה שאכן נמצא קשר בין מבנה הריחן לתחושת הנעימות שהוא מעורר ברוב האנשים, ואף באנשים מתרבויות שונות, מעידה על כך שישנו מנגנון מובנה קשיח-יחסית השולט על לפחות חלק מתחושות הריח. ככל הנראה, בני-האדם נולדים עם משיכה לריחות מסוימים ורתיעה מריחות אחרים, דבר היכול להיות לעזר רב במאבק להישרדות – רתיעה אוטומטית מבשר רקוב, למשל, עשויה למנוע מחלות קשות.

150,000 דגימות להמשך המחקרהתגלית החדשה היא הצעד הראשון בפענוח “קוד הריח” – כעת ניתן להסיק על פי המבנה הפיזיקלי-כימי של מולקולה אם ריחה יהיה נעים יותר או פחות מזה של מולקולה אחרת.
בהמשך, החוקרים מקווים לגלות עוד קשרים בין המבנה הפיזיקלי לתחושת הריח, והם יעשו זאת בעזרת מאגר ריחות חדש וגדול הרבה יותר, הנבנה בימים אלה. ארגונים העוסקים במחקר ריח מארצות-הברית, מאירופה ומיפן מתכוונים לאסוף כ-150,000 דגימות בארבע השנים הקרובות, וכך יוכלו, אולי, להבין טוב יותר את חוש הריח, החוש המורכב כל-כך הזוכה להתייחסות מועטה למדי בחיי היומיום.

* תודה לנעם סובל ולצוות המעבדה שלו.

כתבו: יונת אשחר ונעם לויתן. פורסם במקור במגזין “גלילאו”