吃辣椒為啥感覺熱？吃薄荷為啥覺得涼？

吃辣椒為啥感覺熱？吃薄荷為啥覺得涼：

出品：科普中國

制作：李雷

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

辣椒為啥讓人感覺熱？薄荷為啥讓人覺得涼？

到底是科學(xué)還是個人的錯覺呢？獲得了2021年諾貝爾獎生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的兩位科學(xué)家，戴維·朱利葉斯(David Julius)和阿代姆·帕塔博蒂安(Ardem Patapoutian)，給了你答案：

你的感覺是沒錯的。

2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主：戴維·朱利葉斯(David Julius)和阿爾代姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)(圖片來源：諾獎官網(wǎng))

辣椒和薄荷，對應(yīng)著不同的“感受器”

辣椒讓人發(fā)熱，這是自從辣椒發(fā)現(xiàn)就眾所周知的?？墒抢苯窞槭裁磿屓税l(fā)熱呢？

早期科學(xué)家告訴你，這是因為，辣椒，并不是味覺，而是痛覺，這種痛覺會讓人體發(fā)熱。不過，人體到底是如何感受到辣椒這種痛覺呢?要知道，辣椒可不是像針刺那樣明顯會刺激到我們的神經(jīng)。于是加州大學(xué)舊金山分校的David Julius決定去探究一下辣椒到底是怎么讓人感受到疼痛的。當(dāng)然，他肯定不能用辣椒直接研究了，而是用辣椒里的關(guān)鍵成分：辣椒素進(jìn)行研究。

不過，這個時候，一個問題出現(xiàn)了：

很多細(xì)胞是沒有“痛覺”的，你必須選擇能夠感受“痛覺”的細(xì)胞，最終，他們找到了感覺神經(jīng)元，這是一種專門用來感知的神經(jīng)元。接下來，就是研究到底辣椒素是如何讓感覺神經(jīng)元識別的。這就涉及到了基因。人體中的基因太多了，想確定到底是什么基因發(fā)揮作用太難了，于是他們決定采用“大數(shù)據(jù)”來篩選。這里的“大數(shù)據(jù)”是生物學(xué)上的基因文庫，就是包含了數(shù)百萬基因片段的一個混合體。然后他們把這些片段對應(yīng)的基因在感覺神經(jīng)元中表達(dá)，也就是讓這些基因發(fā)揮作用。接下來就看哪個基因可以對辣椒素有反應(yīng)了。經(jīng)過一系列嘗試，科學(xué)家最終發(fā)現(xiàn)了一個可以對辣椒素有反應(yīng)的基因，這是一個新的發(fā)現(xiàn)，最后命名為TRPV1，這也是一個新鑒定出來的離子通道蛋白基因。

(圖片來源：參考文獻(xiàn))

而值得一提的是，這個痛覺受體，竟然是和溫度有關(guān)，相當(dāng)于一個頂倆，這就有意思了。這就解釋了為什么吃辣椒感覺又熱又痛的原因了：我們吃下辣椒，辣椒里面的辣椒素可以引發(fā)人體的TRPV1來觸動痛覺，而這種痛覺還和溫度有關(guān)，所以就有了又熱又痛的感覺了。

既然如此，那么，有人一定會問，那些清涼的食物呢？

于是科學(xué)家們用常見的薄荷開始了進(jìn)一步的研究。無論是薄荷味的牙膏、冷飲還是口香糖，給我們的感覺都是涼的。不過，科學(xué)研究上使用的關(guān)鍵物質(zhì)是薄荷醇。采取類似的研究辦法，研究人員果然發(fā)現(xiàn)了新東西，那就是 TRPM8，這是被證明可以被寒冷激活的受體，這個研究是Julius和Patapoutian分別獨(dú)立研究的，他倆也是今年兩位諾獎得主。用一張圖來匯總：

(圖片來源：諾獎官網(wǎng))

可以說，整個研究，發(fā)現(xiàn)了人體是如何感受到溫度和觸覺(也就是痛覺這種典型觸覺)，他們是有一系列受體來進(jìn)行。

除了溫度感覺，機(jī)械感覺怎么感知？

當(dāng)然，有了溫度感覺，可是，機(jī)械感覺呢?要知道，機(jī)械感覺那才是最早的最廣泛的觸覺啊，比如擁抱、觸摸等都是機(jī)械感。于是今年諾獎的得主之一Patapoutian在研究完薄荷后轉(zhuǎn)身就去研究機(jī)械感覺了。他們開發(fā)了一套細(xì)胞體系，這體系的特點(diǎn)就是刺激一個細(xì)胞，細(xì)胞會發(fā)出電信號，而接下來可以對電信號進(jìn)行檢測。

(圖片來源：諾獎官網(wǎng))

接下來，他們篩選出了72個候選基因，經(jīng)過一一排除，最后找到了一個新的感受機(jī)械壓力的通道蛋白Piezo，這個詞來源于古希臘語壓力(píesi)。

(圖片來源：諾獎官網(wǎng))

這次諾獎的內(nèi)容可以用一張圖來統(tǒng)一匯總：

溫度/熱痛覺是和TRPV1有關(guān)，觸覺刺痛是和PIEZO2有關(guān)，它們都是人體感受器的一部分。

(圖片來源：諾獎官網(wǎng))

為什么他們能夠獲得諾獎？

可能有人會好奇，這東西不是很早就知道了嘛，笛卡爾就思考過人是如何感受熱量的。中學(xué)生物書上也有反射弧這一概念，大致路線是：感受器-傳入神經(jīng)-神經(jīng)中樞-傳出神經(jīng)-效應(yīng)器。為什么他們的研究還能夠獲得諾獎?

其實，問題就在這里，上圖是一個很粗略的過程，其中涉及到了很多細(xì)節(jié)問題，其中典型的就是感受器。以手為例，手上可是沒有味覺受體的，它是沒法感受到味道的，但是手為何能感受到辣椒的火辣感覺呢?到底是什么東西觸發(fā)了手的感覺，產(chǎn)生了神經(jīng)電流呢?這就是這次諾獎得主研究的內(nèi)容。諾獎委員會指出，這兩位諾獎得主在TRPV1、TRPM8、以及Piezo通道上的突破性貢獻(xiàn)，不僅讓我們知道人體如何感知冷熱，感知觸覺，從而理解身邊的世界，后續(xù)的研究還為我們帶來了更多生理上的洞見，也被用于開發(fā)多種治療疾病的藥物，實實在在將科學(xué)轉(zhuǎn)化為了造福病患的工具。

參考文獻(xiàn)：

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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