中国の近代産業ブームに起因する汚染と闘うために、同国の広東省の環境監視所は、古代の検出方法である人間の嗅覚に注目している。 12人の訓練を受けた専門家が、工場やゴミ捨て場が多い番禺市を悩ませるさまざまな有毒ガスにさらされた研究室で時間を過ごし、香りのプロファイルを検出する取り組みを行った。
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 Dan Eckstein 提供/ Picture China 人口が多く、現在の産業が盛んなため、 中国は世界最大の汚染国の一つになろうとしている。 |
2006 年の世界銀行の大気汚染調査では、世界で最も大気汚染が深刻な 20 都市のうち 16 都市が中国にあることが示されました。汚染は甚大な被害をもたらしており、ますます工業化が進んでいるこの国では、毎年30万人以上が、劣悪な大気環境から生じる合併症で死亡していると推定されている。この状況をさらに悪化させるのが、より致死性の高い形態の汚染物質である超微粒子の発見です。これらの粒子は他の汚染物質よりもはるかに小さく、検出が困難であり、大気の質が悪化するにつれて健康への悪影響がさらに大きくなり、健康上の問題の中でも特に心臓病を引き起こす可能性さえあります[出典: CNN ]。
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嗅覚チームのリーダーで監視所の副所長でもあるLiu Jingcai氏はチャイナ・デイリー紙に対し、訓練ではチームメンバーに嗅覚のスキルを使ってバラの花を止めて匂いを嗅ぐ機会が与えられていなかったと語った。 「この仕事は非常に不快だ」とリュー氏は語った。 「私たちは、あのひどいガスの匂いを繰り返し嗅ぐ実験室に留まらなければなりません[出典：チャイナ・デイリー]。
チームメンバーは、有害な環境汚染物質の匂いと、単に不快だが無害な匂いを区別できるように訓練を受けています。彼らは、空気中の有害なガスの濃度を検出できる高感度の電子機器を自由に使用できます (詳細は今後説明します)。しかし、中国の探知器には機械よりも明らかな利点が 1 つあります。それは、人間は有害なガスを感知できるだけでなく、それらに対して物理的な反応を示すことができるため、大気中のガスの存在をより明確にすることができるということです。
私たちの嗅覚は加齢とともに感度が低下するため、プロの嗅覚チームは 3 年ごとに再認定を受け、メンバーが依然として最適な嗅覚スキルを持っているかどうかを確認します。
しかし、汚染物質を探して番禺を歩き回るとき、チームはどのようにして遭遇した匂いを正確に特定できるのでしょうか?次のセクションでは、人間の脳がどのように違いを嗅ぎ分けるのかを見ていきます。
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匂いの検出と区別
私たちは嗅覚を当たり前のことだと思っているかもしれませんが、正確にどのように嗅ぐのかは、神経学者や生理学者の間で大きな議論と研究のテーマとなっています。科学は、匂いが嗅覚受容体を通過した後に匂いのプロセスがどのように起こるかを正確に理解しています。研究者たちが困惑しているのは、プロセスの始まりと終わりです。
科学者たちは長年にわたり、嗅覚束を構成するさまざまな神経が特殊化していることを知っていました。それらはそれぞれ、相互作用するように設計された分子の種類にのみ反応します。郵便局の前にたくさんの郵便ポストがあると想像してください。1 つはメーター制郵便用、もう 1 つは市内郵便用、もう 1 つは市外郵便用です。それぞれがメールボックスであることに変わりはなく、それぞれがメールを受け取りますが、それぞれの目的は、嗅覚束の神経が特定の分子受容体に送られるのと同じように、特定のタイプのメールを特定の場所に送ることです。
 提供： A Review of the Universe 嗅覚プロセスのコンポーネントの図 |
しかし科学は、特殊な受容体間の反応がどのように引き起こされるのかについての正確な答えをまだ探し求めています。プロの嗅覚嗅覚者が匂いの違いを区別できるようにするには、どのような最初のプロセスが行われますか?
揮発性(室温付近で蒸発することを意味します) である限り、あらゆる分子は臭気物質、つまり匂いを通じて感知できる分子になる可能性があります。臭気物質が鼻の受容体に結合すると、その分子の臭気物質としての可能性が実現します。最も広く受け入れられている理論は、私たちの約 350 個の嗅覚受容体のそれぞれが、分子の形状に基づいて、特定の種類の分子によってのみ活性化できる特定の構造を持っているというものです。しかし、この鍵と鍵の理論 [出典: Neurophilosophy ] には、論理的に大きな問題が 1 つあります。同じ形状と構造を持ちながら、まったく異なる匂いを持つ分子が存在するということです。
最新の研究では、匂い物質とその嗅覚受容体の間の相互作用は、より崇高な物理的プロセスに基づいていることが示唆されています。量子物理学に根ざしたこの最近の理論は、相互作用は匂い分子の原子構造の振動によって受容体で引き起こされる反応に基づいていると述べています。受容体は分子の振動に反応し、この反応が嗅覚系に沿った匂い情報の伝達を引き起こします。プレスト！中国の探知機は有害な化学物質を根絶することができます。
しかし、これは私たちが匂い分子とどのように化学的に相互作用するかを説明しているだけです。私たちが知っている匂いのほとんどは、匂い分子の組み合わせで構成されています。では、私たちはどのようにして匂いの認識を形成し、それが「良い」匂いなのか「悪い」匂いなのか、そして最終的にはどのようにして匂いを嗅ぐ人はある匂いと別の匂いを区別できるのでしょうか?
私たちの脳内で匂いを検知するプロセスと知覚するプロセスが異なる可能性があることが、研究者らの間で明らかになりつつある。ノースウェスタン大学のある研究では、匂い分子の構造は脳内で行われる匂い物質のコーディングに必ずしも影響を与えるわけではないと結論付けています。臭気コーディングとは、私たちの脳が匂いをさまざまなカテゴリに分類する方法を表す用語です。研究者らは、さまざまなプロセスが連携して機能することで、この臭気物質のコーディングが行われる可能性があることを発見しました。
これらの同じ研究者は、私たちが匂いに関する新しい情報や追加情報に遭遇すると、私たちの体系化された匂いの記憶、つまり曝露によって作成された匂いプロファイルが変化する可能性があることも発見しました[出典:ノースウェスタン大学]。たとえば、クチナシの花の香りを一度嗅ぐと、遠くからクチナシの植物を見たときに呼び出される香りの記憶が作成される可能性がありますが、クチナシの香りを連続して嗅ぐと、その花の香りの元の印象が明確になり、複雑さが増すことがあります。
次のセクションでは、汚染物質の匂いを嗅ぐことが人体に及ぼす影響を見ていきます。
汚染嗅ぎの影響
私たちのほとんどは、鼻で汚染物質を検出するためにお金をもらっているわけではありません。私たちは通常、時間をかけて何気なくさらされることで環境の匂いについて学びます。しかし、探知者の訓練に対する中国政府のアプローチは、より積極的かつ集中的である。チームメンバーを研究室で長期間にわたって匂いにさらすことにより、ワイン鑑定家がシャルドネのグラスのノートや香りのプロファイルを検出するのと同じように、嗅覚者の匂いに関するアイデアがより早く洗練されます。
 Chris Harvey提供 /Dreamstime.com 人間の嗅覚システム 化学物質に対して非常に敏感である そして汚染。 |
北西部の研究者らは
、この種の曝露が同じ科の香りに対してより洗練された嗅覚を生み出すことを示しました。長時間暴露すると、匂いに対する反応がより強くなります。たとえば、中国の嗅ぎタバコが長期間硫黄にさらされていた場合、異なる種類の硫黄化合物の違いを見分けるのは容易になるでしょう。そうすれば、彼らの仕事もより良くなるでしょう。
しかし、硫黄やその他の有害化学物質の匂いを嗅ぐことは、人間の健康に極めて有害となる可能性があります。そのため、中国が汚染を調査するために人間を利用している一方で、世界の他の地域の科学者は電子機器の形でのテクノロジーに注目している。
中国の汚染探知者に関して問題になっているのは、その探知者は人間だということだ。これは、彼らの仕事が 2 つの問題に遭遇することを意味します。 1つ目は、時間の経過とともに嗅覚が低下することです。 2つ目は、生活のために有害な化学物質を吸い込むことです。最初の問題は代替の探知者を採用することで解決できますが、2 つ目の問題は探知者の健康上の問題や、場合によっては死に至る可能性があります。
次のセクションでは、ロボットや電子機器が人工嗅覚にどのように使用されているかを見ていきます。
人工嗅覚
我々は以前、中国の人間の探知者が高感度の電子機器よりも有利であることを見てきました。人間として、汚染物質の存在を裏付ける物理的反応を持っています。しかし、電子機器を使用すれば、人間を有害な汚染物質にさらす必要がなくなります。この目的を達成するために、科学は汚染を発見し、その濃度を測定するためにテクノロジーを使用する新しい方法を模索しています。
 NASA/JPL-カリフォルニア工科大学提供 |
NASA は、第 3 世代の電子鼻 (ENose) デバイスを開発しました。宇宙機関のジェット推進研究所 (JPL) は、スペースシャトル内でのアンモニア漏れの検出に役立つ装置を作成しました。 NASA は、シャトルの配管内の熱伝導体としてアンモニアを使用しています。アンモニアは気体の状態で曝露されると致命的となる可能性があり、漏洩した場合は宇宙飛行士にとって破滅を意味します。このような災害を回避するために、ガス濃度が致死レベルに達する前に、このような漏れを早期に検出するために、宇宙で使用するために ENose が開発されています。
ENose は人間の嗅覚系の構造に基づいています。このデバイスは、嗅神経の末端にある小さな髪の毛のような受容体と同じように、ポリマーフィルムを使用して分子を検出し、反応します。これらの反応は機械によって解釈されます。
NASA の Web サイトに掲載されている ENose に関する記事では、この装置は非常に敏感であるため、電気火災が発生する前に臭いを嗅ぎ分けることができ、コカ・コーラとペプシを区別できると報告しています [出典: NASA ]。中国人の盗聴者でもそれを行うのは難しいでしょう。
 ナタリー・ジェレミジェンコ氏のご厚意により、 ジェフリー・ウォーレンとマイク・カイ ロボット犬が新たな目的を見つける 汚染物質検出器として。犬達の マイクロチップが後付けされている 空気中の揮発性化合物を感知します。 |
地球に戻ると、スペースシャトルよりもわずかに洗練されていない技術が、NASA の ENose に似た装置に使用されています。 「フェラル・ドッグ」と呼ばれるプロジェクトでは、歩いたり、座ったり、留まったり、吠えることができるかつて人気のあった子供向け玩具であるロボット犬が、わずか100ppmの微量の揮発性化合物を犬が感知できるようにする新しいチップを搭載している。プロジェクト。
サンディエゴ州立大学のナタリー・ジェレミジェンコ教授の発案によるこのプロジェクトは、汚染物質を安全に嗅ぎ分けるだけでなく、これらの汚染物質がもたらす環境への危険に対する意識を高める方法として始まりました。このプロジェクトは軌道に乗り、アイダホ州、ニューヨーク州、フロリダ州の全国各地に改修研究所が設立された。
しかし、Feral Dog プロジェクトで使用されているセンサーが ENose に追いつくまでには長い道のりがあります。ロボット犬のセンサーは 100 ppm の化合物を検出できますが、ENose センサーは 100 万分の 1 のわずか 1 分子、つまり 1 分子しか検出できません。
中国の汚染探知者: 著者のメモ
ハウスタッフワークス 2009
ジョシュ・クラーク、シニアライター
広東省の汚染探知調査員には、私が決して真相を突き止めることができなかった側面が常にあった――なぜ人間を使うのか？この記事を書いたときや、その記事で「知っておくべきこと」ポッドキャスト エピソードを作成したときにも疑問に思いましたが、今でも疑問に思っています。人間を意図的に大気汚染にさらすことに伴うあらゆる被害、そしてそれだけではなく、仕事として人間に大気汚染を長時間深呼吸させることは、完全に不必要ではないにしても、少なくとも危険であるように思えます。 4 番目のセクションでは、人間による汚染検出器と同じくらい、実際にはそれよりも優れた機能を発揮する機械式センサーの数々を記録しました。では、なぜ人を使うのでしょうか？
これは chishiki.click への私の最初の記事でした。これはテスト記事であり、実際に私を採用するきっかけとなった記事だったので、私はこの記事に非常に親近感を持っています。この研究は、私たちが嗅覚をどのように体験するのかが科学ではわかっていないという興味深い事実を初めて知るきっかけにもなりました。この記事でお話しする匂いの理論を知ることで、私たちが学ぶべきことがどれほど残っているかもわかりました。
情報源
- 「中国の『プロの鼻』は汚染者を嗅ぎ分ける。」ロイター。ロイタードットコム。 2007 年 6 月 20 日。
http://www.reuters.com/article/environmentNews/id USPEK20893920070620?feedType=RSS - 「電子鼻: NASA の研究者は、宇宙探査用に非常に高感度な人工鼻を開発しています。」 NASA。 Science.nasa.gov. 2004 年 10 月 6 日。
http://science.nasa.gov/headlines/y2004/06oct_enose.htm - 「ワインの専門家になるために脳がどのように役立つか: 研究者は、私たちがどのように匂いを区別するかを発見しました。」ノースウェスタン大学。 2006 年 12 月 21 日。
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-12/nu-hyb122106.php - 「中国の汚染物質を嗅ぎ分ける人間の鼻」 ＡＦＰ。ブライトバート.com。 2007 年 6 月 20 日。
http://www.breitbart.com/article.php?id=070620070744.u3mly8tt&show_article=1&cat=0 - 「人間探知チームが汚染を追跡（中国）」タイムズオンライン英国Freerepublic.com。 2007 年 6 月 21 日。
http://www.freerepublic.com/focus/f-news/1853714/posts - 「目に見えない敵が健康不安に拍車をかける：アジアは増大する超微粒子の問題に直面している。」 CNN。 CNN.com。 2006 年 6 月 2 日。
http://www.cnn.com/2006/HEALTH/conditions/05/09/air.pollution /index.html - 「バラの香りを学ぶ：ヒト梨状皮質と眼窩前頭葉皮質における経験依存の神経可塑性」ニューロン。ストラドル3.net。 2006 年 12 月 29 日。
http://straddle3.net/context/03/en/2006_12_29.html - 神経哲学.wordpress.com。 2006 年 12 月 12 日
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匂いの仕組み/ - 「嗅神経」。 Medterms.com
http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=7571 - 「量子力学は人間の匂いを説明できるかもしれません。」フィソルグ.com。 2007 年 2 月 1 日。
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http://www.china.org.cn/english/environment/214488.htm - 「地球上で最も汚染された場所: 地球上の地域を汚染者と汚染者としてどのようにランク付けするか。」 CBSニュース。 CBSニュース.com。 2007 年 6 月 6 日。
http://www.cbsnews.com/stories/2007/06/06/eveningnews/main 2895653.shtml
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中国の汚染探知業者: チートシート
知っておくべきこと
- 2006年の世界銀行の調査によると、世界で最も汚染が深刻な20都市のうち16都市が中国にあることが判明した。
- 中国の広東省当局は、人間が嗅覚を使って大気汚染物質を検出し区別できるように訓練するプログラムを作成した。
- 私たちがどのように匂いを嗅ぐのかは科学でも完全にはわかっていません。ロック・アンド・キー仮説のバリエーションでは、量子振動により臭気物質が適切な受容体にドッキングできるとされています。
- NASA は、火災が始まる前に火災を感知するのに十分な感度を備えた電子鼻を開発しました。
さあ、これらのクイズであなたの知識をテストしてください!
- 世界を旅する: 中国
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- 事実かフィクション: 緑の屋根
- 更新、再利用、リサイクル?
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