Raffineria Xinjiang Cina Xiaodong Qiu/Moment/Getty Images Per aiutare a combattere l'inquinamento provocato dal moderno boom industriale cinese, una stazione di monitoraggio ambientale nella provincia del Guangdong si sta rivolgendo a un antico metodo di rilevamento:l'essere umano senso dell'olfatto . Dodici professionisti formati hanno trascorso il loro tempo in laboratori, esposto a una varietà di gas nocivi che affliggono la città di Panyu - a causa delle sue abbondanti fabbriche e discariche - nel tentativo di rilevare i profili di profumo.
In questo articolo, impareremo come il naso e il cervello umano rilevano e differenziano gli odori, costruisce profili olfattivi o ricordi, e come gli scienziati utilizzano dispositivi elettronici e robot nell'olfatto artificiale.Galleria sul riscaldamento globale
Per gentile concessione di Dan Eckstein/Picture China
A causa della sua grande popolazione e dell'attuale boom industriale,
La Cina è pronta a diventare uno dei maggiori inquinatori del mondo.
Avanti il prossimo
Liu Jingcai, il capo della squadra olfattiva e il vicedirettore della stazione di monitoraggio, ha detto al quotidiano China Daily che l'allenamento non ha esattamente offerto ai membri del team la possibilità di usare le loro capacità olfattive per fermarsi e annusare le rose. "Il lavoro è abbastanza sgradevole, ", ha detto Liu. "Dobbiamo stare in un laboratorio ad annusare ripetutamente quei gas terribili [Fonte:China Daily].
I membri del team sono stati addestrati a distinguere tra gli odori di inquinanti ambientali dannosi e semplicemente discutibili, ma innocuo, odori. Hanno a loro disposizione apparecchiature elettroniche sensibili (ne parleremo di più) in grado di rilevare la densità dei gas nocivi nell'aria. Ma gli sniffer cinesi hanno un netto vantaggio rispetto alle macchine:gli esseri umani non solo possono rilevare i gas nocivi, possiamo anche mostrare reazioni fisiche a loro, rendendo molto più evidente la presenza dei gas nell'atmosfera.
Poiché il nostro senso dell'olfatto diminuisce di sensibilità con l'avanzare dell'età, il team di sniffing professionale sarà sottoposto a ricertificazione ogni tre anni per assicurarsi che i suoi membri possiedano ancora capacità olfattive ottimali.
Ma mentre girano per Panyu in cerca di sostanze inquinanti, in che modo esattamente il team sarà in grado di individuare gli odori che incontra? Nella sezione successiva, scopriremo come il cervello umano fiuta le differenze.
Contenuti
Possiamo dare per scontato il nostro olfatto, ma esattamente come annusiamo è un argomento di grande dibattito e ricerca tra neurologi e fisiologi. La scienza ha una buona conoscenza di come avviene esattamente il processo dell'olfatto una volta che l'odore passa i recettori olfattivi:è l'inizio e la fine del processo che ha perplesso i ricercatori.
Per molti anni, gli scienziati hanno saputo che i diversi nervi che compongono il fascio olfattivo sono specializzati. Ciascuno di essi risponde solo ai tipi di molecole con cui è progettato per interagire. Immaginate una banca di cassette postali davanti a un ufficio postale:una è per la posta con tassametro, uno è per la posta locale, e uno è per la posta fuori città. Ognuno è ancora una cassetta delle lettere, e ognuno accetta la posta, ma i loro scopi individuali sono instradare un tipo specifico di posta in una posizione specifica, proprio come i nervi nei fasci olfattivi vengono indirizzati a un recettore specifico della molecola.
Per gentile concessione di A Review of the Universe
Uno schema delle componenti del processo olfattivo
Qualsiasi molecola, finché è volatile (nel senso che evapora a temperatura ambiente), ha il potenziale per essere un odorante, o una molecola che possiamo percepire attraverso l'olfatto. Una volta che un odorizzante si lega ai recettori in un naso, si realizza il potenziale della molecola come odorizzante. La teoria più ampiamente accettata è che ciascuno dei nostri circa 350 recettori olfattivi abbia determinate strutture che possono essere attivate solo da determinati tipi di molecole, in base alla forma della molecola. Ma questa teoria della serratura e della chiave [Fonte:Neurophilosophy] ha un grosso problema logistico:ci sono molecole con la stessa forma e struttura che hanno odori completamente diversi.
Ricerche più recenti suggeriscono che l'interazione tra gli odoranti ei loro recettori olfattivi si basa su un processo fisico molto più sublime. Radicato in fisica quantistica , questa recente teoria afferma che l'interazione si basa sulla reazione provocata nei recettori dalle vibrazioni della struttura atomica di una molecola odorante. Il recettore reagisce alle vibrazioni della molecola, e questa risposta innesca la trasmissione di informazioni olfattive lungo il sistema olfattivo. Presto! Lo sniffer cinese può estirpare una sostanza chimica dannosa.
Ma questo spiega solo come interagiamo chimicamente con le molecole dell'odore. La maggior parte degli odori che conosciamo sono costituiti da combinazioni di molecole di odore. Quindi, come creiamo la nostra percezione degli odori - che siano odori "buoni" o "cattivi" - e, in definitiva, come può uno sniffer dire la differenza tra un odore e l'altro?
Sta diventando sempre più chiaro per i ricercatori che i processi di rilevamento e percezione degli odori nel nostro cervello possono differire. Uno studio della Northwestern University ha concluso che la struttura di una molecola olfattiva non influisce necessariamente sul codifica olfattiva che avviene nel cervello. La codifica degli odori è il termine per il modo in cui il nostro cervello classifica gli odori in diverse categorie. I ricercatori hanno scoperto che potrebbe essere una combinazione di diversi processi che lavorano insieme a consentire l'esecuzione di questa codifica olfattiva.
Questi stessi ricercatori hanno anche determinato che il nostro ricordi olfattivi codificati , o profili olfattivi creati dall'esposizione, può cambiare quando incontriamo informazioni nuove o aggiuntive su un odore [Fonte:Northwestern University]. Per esempio, annusare un fiore di gardenia una volta può creare un ricordo olfattivo che può essere attivato quando vediamo una pianta di gardenia da lontano, ma successive annusate di una gardenia possono chiarire e aggiungere complessità alla nostra impressione originale del profumo del fiore.
Nella prossima sezione esamineremo gli effetti dello sniffing dell'inquinamento sugli esseri umani.
La maggior parte di noi non viene pagata per rilevare gli inquinanti con il naso. In genere apprendiamo gli odori del nostro ambiente attraverso l'esposizione casuale nel tempo. Ma l'approccio del governo cinese all'addestramento dei suoi sniffer è più aggressivo e mirato. Esponendo i membri del team agli odori in un laboratorio per lunghi periodi di tempo, le idee di un odore degli annusatori si affinano più rapidamente, simile a un intenditore di vino che coglie le note, o profili olfattivi, di un bicchiere di Chardonnay.
Per gentile concessione di Chris Harvey/Dreamstime.com
Il sistema olfattivo umano
è molto sensibile alle sostanze chimiche
e inquinamento.
Ma annusare zolfo e altre sostanze chimiche nocive può essere estremamente dannoso per la salute degli esseri umani. Così, mentre i cinesi impiegano gli umani per trovare l'inquinamento, scienziati in altre parti del mondo stanno guardando alla tecnologia sotto forma di strumenti elettronici.
HowStuffWorks ringrazia il Dr. RicardoAraneda a
L'elefante nella stanza riguardo agli annusatori di inquinamento cinesi è che quegli annusatori sono umani. Ciò significa che il loro lavoro incontrerà due problemi. Il primo è che il loro senso dell'olfatto si deteriorerà nel tempo. Il secondo è che inalano sostanze chimiche nocive per vivere. Il primo problema può essere superato reclutando sniffer sostitutivi, ma il secondo problema potrebbe portare a problemi di salute e persino alla morte per gli sniffer.
Nella sezione successiva, vedremo come i robot e i dispositivi elettronici vengono utilizzati nell'olfatto artificiale.
Abbiamo visto in precedenza che gli sniffer umani cinesi hanno un vantaggio rispetto agli strumenti elettronici sensibili:come esseri umani, abbiamo reazioni fisiche che confermano l'esistenza di inquinanti. Ma l'uso di strumenti elettronici elimina la necessità di esporre gli esseri umani a inquinanti nocivi. A tal fine, la scienza sta cercando nuovi modi di utilizzare la tecnologia per trovare l'inquinamento e determinarne la concentrazione.
Per gentile concessione della NASA/JPL-Caltech
La NASA ha sviluppato il suo dispositivo Electronic Nose (ENose) di terza generazione. Il Jet Propulsion Lab (JPL) dell'agenzia spaziale ha creato il dispositivo per aiutare a rilevare perdite di ammoniaca a bordo della navetta spaziale. La NASA usa l'ammoniaca come conduttore di calore nelle tubature delle navette. L'ammoniaca può essere fatale se ci si espone allo stato gassoso, e se perde, significherebbe la fine per gli astronauti. Per respingere un disastro come questo, l'ENose è stato sviluppato per l'uso nello spazio per rilevare perdite come questa all'inizio, prima che la concentrazione del gas raggiunga un livello mortale.
L'ENose si basa sulla struttura del sistema olfattivo umano. Il dispositivo utilizza film polimerici per rilevare e reagire alle molecole, proprio come il piccolo, recettori simili a peli alle estremità dei nostri nervi olfattivi. Queste reazioni vengono poi interpretate dalla macchina.
Un articolo sull'ENose apparso sul sito Web della NASA riporta che il dispositivo è così sensibile che può sentire l'odore di un incendio elettrico prima che scoppi e può distinguere tra Coca-Cola e Pepsi [Fonte:NASA].Anche gli sniffer cinesi avrebbero problemi facendo questo.
Per gentile concessione di Natalie Jeremijenko,
Jeffrey Warren e Mike Kai
I cani robotici stanno trovando un nuovo scopo
come rilevatori di inquinanti. I cani'
i microchip vengono adattati a
percepire i composti volatili nell'aria.
Nato da un'idea di Natalie Jeremijenko, un professore della San Diego State University, il progetto è iniziato come un modo non solo per annusare gli inquinanti in modo sicuro, ma anche per aumentare la consapevolezza dei rischi ambientali che questi inquinanti comportano. Il progetto è decollato, con laboratori di retrofit che spuntano in tutto il paese in Idaho, New York e Florida.
Ma i sensori utilizzati nel Feral Dog Project hanno ancora molta strada da fare prima di raggiungere l'ENose. Mentre i sensori dei cani robotici possono rilevare composti in 100 parti per milione, ENose sensori sono in grado di rilevare anche solo una parte, ovvero una molecola, per milione.
Per ulteriori informazioni sul progetto Feral Dogs e un video con il rilascio di un cane robot, controlla i link nella pagina seguente.
C'è sempre stato un aspetto degli sniffer di inquinamento nella provincia del Guangdong di cui non sono mai riuscito ad andare a fondo:perché usare gli umani? Me lo sono chiesto quando ho scritto l'articolo, così come quando ho creato un episodio di podcast "Cose da sapere" su di esso, e me lo chiedo ancora adesso. Tutti i danni conseguenti che derivano dall'esposizione intenzionale degli esseri umani all'inquinamento atmosferico - e non solo, ma convincerli a fare lunghi respiri profondi come loro lavoro - sembra almeno pericoloso se non del tutto inutile. Nella quarta sezione, Ho descritto una serie di sensori meccanici che potrebbero funzionare altrettanto bene e in realtà molto meglio dei rilevatori di inquinamento umano. Così, perché usare le persone?
Questo è stato il mio primo articolo per HowStuffWorks.com. Era un articolo di prova, in realtà, quello che mi ha fatto assumere, quindi ho una vera affinità per questo. La ricerca ha fornito anche la mia prima introduzione al fatto affascinante che la scienza non sa come proviamo la sensazione dell'olfatto. Conoscere le teorie dell'olfatto di cui parlo in questo articolo mi ha anche mostrato quanto ci rimane da imparare.
Fonti
Cose che devi sapere
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