当味道撞击味蕾,味觉细胞就会激活。这些细胞分别能够感知甜、咸、苦、酸、鲜等味道,并将这些信息一路传送至大脑。当这些味觉细胞死掉,新的细胞会取而代之。新细胞如何正确地找到向大脑传递信息的道路呢?
一项最新的研究发现,这些新细胞能够生成一种特殊的、具有诱导性的化学物质。舌头表面覆盖着许多味蕾,味蕾中包含了各种味觉接收细胞,每个味觉细胞的底部都与一个长长的尾巴——轴突相连。你嘴里发生的一切,几乎都与味蕾中的细胞直接相关。可怜的舌头经常遭受烫伤、戳伤或咬伤,因此每个细胞的生命非常短暂(通常只有1-3周)。不过,味蕾细胞代谢非常迅速,老细胞死掉后,马上就会生成新的细胞接替原来的工作。
新细胞要与正确的神经元连接。哥伦比亚大学的神经科学家李昊俊表示:“你可不希望负责感知苦味的味觉细胞与感知甜味的神经细胞产生连接。”万一有些苦味觉细胞真的与甜神经元连接在一起,这个动物或人就会错将苦味的食物(通常有毒)认作是通常无害的甜味食物,这可能会带来致命的后果。新生的味觉细胞是如何找到正确的神经元细胞的呢?
李昊俊表示:“我认为味觉细胞中包含某些特性,能够确保避免‘接错线’。
”为了弄清背后的原因,李昊俊和他的研究团队进行了一项实验,他们去除了老鼠舌头上的苦味与甜味接收细胞,并对控制这些细胞产生作用的基因或指令进行了研究。科学家们希望能够找到向特定神经元通信的指令,不久后,他们发现了一种叫做“信号素”的分子。
“信号素(semaphorins)”的化学名称由“旗语(semaphore)”演变而来,旗语是指人们通过挥动不同颜色的旗帜而沟通的系统,能够传递信息,并且让远方的人看到。信号素分子并不是旗帜,但是味觉细胞能够通过这些化学物质与神经元产生联系,吸引正确的神经元,排斥错误的神经元。
舌头上的苦味觉细胞能够产生大量名为“3A”的信号素,而甜味觉细胞能够产生大量的“7A”信号素。
为了弄清这不同的信号素是否就是味觉细胞找到正确神经元的原因,李昊俊和他的研究团队制造了一种“基因敲除鼠”用于实验研究。“基因敲除鼠”的基因经过特殊改造,使得这种老鼠在服用了某种药物后,身体中的苦味觉细胞将不再产生“3A”信号素。在给“基因敲除鼠”服用了这种药物后,研究人员开始观察新生的味觉细胞与神经元相连接的情况。
实验发现,当苦味觉细胞不再产生3A信号素之后,苦味神经元似乎也失去了导航。
接近半数苦味神经元错误地与咸、甜或鲜味觉细胞连接。李昊俊表示:“我们发现苦味神经元开始犯下更多错误,并且连接到其他的细胞上。我们认为这说明3A信号素是引导苦神经元与苦味觉接收细胞产生正确连线的重要物质。”但这并不能解释清楚其背后具体的科学原因。3A信号素有可能是能够吸引苦味神经元;还有可能是在驱散甜、咸、酸、鲜等其他味觉神经元,这样一来味觉细胞就只能与苦味神经元产生连接。
为了验证3A信号素确实会吸引苦味神经元,科学家们又进行了一项研究:他们对另外一些小鼠又进行了改造,使它们的甜味觉细胞与鲜味觉细胞都能产生3A信号素,发现苦神经元如期而至,与甜、鲜味觉细胞都产生了连接。李昊俊和同事们在7A信号素上也进行了相似的实验,得到了同样的结论。如果酸味觉细胞能产生本应该是甜味觉细胞生成的信号素7A,甜神经元也会与产生7A的酸味觉细胞产生连接。
2017年8月9日,《自然》杂志发表并分享了研究团队的这项成果。加州理工大学从事大脑研究的Yuki Oka表示:“在五感中,人们对味觉的了解可能是最少的。”Oka认为,尽管实验是对老鼠进行的,但并没有理由认为人类的味觉细胞会有所不同。“味觉系统都是一样的,”他解释到。相关的一些化学分子可能或有小小的差异,“但它们很有可能很相似。”
李昊俊的研究团队目前只找到了针对甜味与苦味的信号素分子。他们正在对酸、咸、鲜等细胞进行实验。但李昊俊认为,最后的细胞连接很有可能与不止一种分子相关。这是因为即使味觉细胞不能产生信号素,仍有一半的神经元能找到正确的味觉接收细胞并产生连接。这意味这可能存在其他的分子也许能够帮助神经元找到方向。毕竟,对于人类来说,正确分辨蜜糖与砒霜永远都不能马虎。