人类的化学通讯

在1870年代,法国昆虫学家琼·法检测化学通讯的第一个证据。女皇帝蛾是放置在一个盒子里,然后几小时后删除。第二天,雄蛾被发现神秘吸引了空集装箱。法布尔意识到,是什么吸引了他们要化学性质——一个物质女留下后检测到的男性。

直到1950年代末,第一化学用于发出这样一个信号隔离和标识。德国生物化学家和化学诺贝尔奖得主阿道夫Butenandt证实蚕蛾性诱醇作为性引诱剂的雌蚕蛾。大约在同一时间,一个新的名字是创造物质的类型:信息素。

在60年的化学识别蚕蛾性诱醇,我们已经确定了数千名来自成千上万的不同种类的信息素在动物的王国里,尤其是在哺乳动物,昆虫,但现在越来越“崔斯特瑞姆怀亚特解释说,牛津大学的动物行为研究员,英国。确定到目前为止例子包括猪和大象的性信息素,和乳房的信号触发乳儿兔子包。

这提出了一个有趣的问题:人类也使用化学物质进行交流沟通吗?我们的主要沟通工具可能是口语,但我们经常使用面部和手势表情来传递信息。可以信息素,或其他化学信号,扮演一个角色也没有我们意识到吗?答案是几乎可以肯定是的,怀亚特解释道。

一个神秘的谜题

现在越来越多的行为实验提供了证据支持这一假设。但即使搜索始于1970年代,到目前为止没有人类信息素已被确认。

类似于激素(所使用的化合物,生物之间的交流自己的器官调节生理和行为),信息素是动物之间的化学信号,发送消息相同的物种为了引起生理或行为反应。它们存在的目的,这个目的,他们反应是与生俱来的——它不是学生必须学的东西。一些动物标识信息素单分子,但更多的是由多个化合物特别是比率。

还发现了其他动物的沟通使用化学线索除了信息素,从化合物的主要作用不是沟通。到目前为止,大约2000个挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)确定是自然排放人类到周围的空气(不包括人工化合物从个人护理产品)。呼出这些挥发性有机化合物的仪器,通过皮肤浸出和被释放从尿液、粪便和唾液。化学物质检测到目前为止包括醇、羧酸、酮类、醛类、酯类和硫的化合物。

我不认为人们意识到人类volatilome是多么的富有

不同的人有不同的VOC概要文件和混合的化学物质排放不断变化。有一个小固定部分由基因决定的,但多数是可变的,波动不断根据我们的年龄,饮食,健康和活动。此外,一些化合物排放变化由细菌在皮肤上才成为机载(见框挥发流行)。

的动物,包括人类,释放的挥发性有机化合物的仪器,反映他们的内部状态。这些也许可以被其他个体作为情绪状态或信号发射器的健康,”怀亚特解释说。这样我们可能知道下意识地避免有人VOC姿态指示性的传染病,例如。

这样的沟通通常是以下的意识水平,”贝蒂娜解释说暂停,实验心理学家Heinrich-Heine-University杜塞尔多夫,德国。“分子的浓度太低,他们很少伴随着一种气味。这不是嗅觉交流,但化学交流。”

化学通讯对人类仍然是一个黑盒,原因很多。首先,我们是行为极其复杂的动物。同时,仍有大量关于人类发出,我们在知识方面的尤其是在不同的上下文中。“我不认为人们意识到人类volatilome丰富,有多少undecoded信息在这种化学物质的个人电影,“Pawel Misztal说,室内空气化学家在德克萨斯大学奥斯汀分校,我们。

今天,人类信息素和化学信号的猎人仍然非常常用的干草堆寻找一根针。

行为问题

许多早期的在这一领域的重点是识别人类的性信息素,用分子提出到目前为止包括四个androstene类固醇:雄烯酮,男性荷尔蒙,男性雄甾二烯酮和estratetraenol。没有出版过的,同行评鉴过的证据来支持这些类固醇作为人类信息素的作用,然而,越来越多的证据表明,揭露了这一说法。

怀亚特认为这些类固醇是一个分散精力寻找人类信息素。事实上,他认为任何性信息素的识别是很长的路要走。“我们不知道足够的关于人类性行为,”他解释说。(搜索)前进,我们需要识别可重复的、可靠的生理或行为由嗅觉的性反应,”怀特说。如果没有这些,我们停在第一篇文章因为我们不能调查潜在的信息素,除非我们有一个生物测定来评估。

一个更简单的任务,他解释说,可能是人类乳腺的识别信息素在新生儿触发乳儿,如一个在2003年发现兔子包。是查尔斯·达尔文第一次暗示人类新生儿乳头的气味所吸引。然而,实验已经证明,这种吮吸反应是独立于牛奶气味。这是别的东西吸引。

确定乳腺信息素在兔子,专家Benoist Schaal与其同事和他的团队在法国国家科学研究中心(CNRS)的第戎兔子牛奶通过气相色谱仪配备一个嗅探器和火焰离子化检测器。这允许并发探测和识别。小狗被嗅探定位端口和观察到的迹象如移动朝它头上。因此,我们能够降低配置的复杂性从150年挥发性化合物只有20的,Schaal解释道。当这20个化合物分别提出了小狗发现他们只对一个:2-methylbut-2-enal。

这个团队现在正寻求识别乳腺信息素在其他哺乳动物,包括人类。后者的挑战是人类新生儿乳头的反应迟缓。兔子包,相比之下,显示一个快速和高度可预测的行为当有机会吃奶。我们使用的是不同的,更需要耗费大量的时间和成本的策略试图识别(挥发性有机化合物的仪器)普遍大量牛奶从不同的人类母亲,“Schaal说。将被测试的一组化合物分别对婴儿在尚未确定行为测试。

昆虫的工作

的昆虫,可以绕过一个麻烦的行为方面需要这些测试用的触角电图分析听消息接收系统。最初在1950年代,开发这种技术需要将两个电极两端昆虫的天线。当火灾来响应一个嗅觉神经细胞信号有一个站在潜在的变化可以测量电极之间,约翰·皮克特解释说,英国卡迪夫大学,化学生态学家。

它最终将可以使用昆虫为了理解人类的化学通讯

皮克特的团队已经利用这种技术来帮助他们确定在分泌物的昆虫信息素包括蚊子和蚜虫。他们通过复杂的混合物含有可疑的信息素通过高分辨率毛细管气相色谱仪配备触角电图分析和火焰电离探测器。这允许并发探测和识别的任何信息素分离组件。

他们也可以学习更复杂的昆虫的嗅觉系统使用转基因驯良的果蝇等昆虫。另一个昆虫的转基因嗅觉受体如有益寄生黄蜂攻击害虫可以放在空的果蝇神经元,皮科特说。

最终,他希望“把人类的嗅觉受体在昆虫我们可以询问它使用完好无损放大系统。皮科特承认这可能听起来有点渺茫的希望,但他坚持认为它最终将可以使用昆虫为了理解人类的化学通讯。

穆迪布鲁斯

研究领域进一步前进的理解人类如何使用化学线索下意识地传达情绪。行为实验已经提供了经验证据,不仅我们传达恐惧和焦虑化学,但通过在人群中传播。人类的大量研究表明,恐惧和焦虑是会传染的,”解释了暂停。的发送者感到焦虑的时候,向接收方发送的chemosignal焦虑,然后进入类似焦虑的状态。

我们发现,人体气味的成分从三种不同的情绪状态是明显不同的

侵略的暂停和她的小组最近开始研究监测的志愿者的大脑活动时(使用脑电图)嗅汗水收集来自不同志愿者在中性和积极的心态。“我们发现,女性比男性对男性侵略反应更强烈,大脑激活背内侧前额叶皮层内,“说暂停。激活大脑的这个区域具有象征意义的志愿者将负面的社会反应转化为threat-related生理变化,她补充道。这些可能与侵略或恐惧,这取决于上下文。

暂停不寻找这些信号背后的化学物质,但其他研究人员现在开始寻找VOC概要文件指纹表明不同的人的情绪状态。Monique史密兹,一位荷兰乌得勒支大学实验心理学家将她的时间间隔和联合利华研发、最近和她的团队发表初步的努力识别化学变化在一个可怕的汗水从志愿者收集,快乐和情感中立状态。

我们收集了男性的体味是可怕的,相同的男性当他们很快乐,和相同的男性在一个中立的状态,当他们接受,使用气相色谱-光谱化学分析,“史密兹说。“我们发现身体的成分来自三个州的气味明显不同。

研究小组观察了1655名挥发性有机化合物的仪器和化学类识别包括线性醛类、酮类、酯类和五元环分子。发现差异包括更多的线性醛和酮相比,恐惧的汗水当志愿者在中立状态。

阅读的房间

史密兹”的心理学家团队收集汗水样本在腋下垫了半个小时,然后通过冷冻保存它们在发送之前进行化学分析。但化学家——和他们的乐器——现在开始参与样本收集阶段。

质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)工具,最初开发用于测量大气中微量挥发性有机化合物的仪器,开放的可能性,揭示了情感变化的化学指纹在非常短的时间尺度。这些工具可以实时测量。

它提醒我大气化学如何发展,Misztal解释道。的人第一次测量大气中,他们发现氮、氧、氩、二氧化碳和说:“这些都是惰性气体,没有大气化学。“但当工具变得足够敏感的他们发现数以百万计的反应实际情况。现在也是发生在人类化学领域的交流,他说。

第一个大气化学家进入这个研究领域是乔纳森•威廉姆斯的马克斯普朗克化学在美因茨,德国。2012年,他的团队PTR-TOF-MS嗅嗅空气在美因茨的足球场。其目的是衡量兴奋的化学指纹图谱在人群中后一个目标。虽然这是不可能的——这场比赛他们测量了nil-nil画——他们的数据是一个有趣的花絮和宝库的一个很好的示范研究人类排放的仪器的能力。他们发现,例如,挥发性有机化合物的仪器从皮肤氧化空气中的臭氧在体育场。

化学家和他们的乐器移居当地的电影院,这个位置会给他们保证观众的情绪反应和多种可再生的事件来衡量。”这是一个很大的多路复用电影相同的电影显示几次,”威廉姆斯说。这允许我们测试任何化学信号的再现性。的电影院放映的房间与新鲜空气不断刷新,PTR-TOF-MS是排气通风井的位置。

我们看到,当在电影发生特别令人兴奋的时刻,我们可以覆盖或多或少的化学信号电影院空气从不同的放映和看到山峰发生总是同时在影片中,”威廉姆斯说。这再现性是关键领域一直困扰在过去研究结果有问题,他补充道。

数据显示明显的差异,当人们改变他们的情绪状态

然后化学家与数据挖掘小组合作时间戳与标签中的所有重大事件的电影如战斗和接吻。这些被匹配的化学物质被测量在这些阶段在放映。有一件事是很明显的数据是异戊二烯的强度信号连接非常恐惧,威廉姆斯说。他认为他知道为什么。众所周知,我们做异戊二烯,并将它存储在我们的肌肉组织。当我们移动,更多的血液通过肌肉和刷新异戊二烯,然后离开了身体在我们的呼吸。威廉姆斯表明,峰值是由于观众屏住了呼吸(然后呼气同时当英雄到来时)或抽搐或肌肉紧绷的场景在屏幕上。

威廉姆斯渴望得到他的仪器回电影院了解更多后冠状病毒大流行已经过去了。他的作品也激发了另一个大气化学家到田野:本·朗格弗德在英国生态与水文中心(UKCEH)在爱丁堡。

最近,朗格弗德与斯特林大学的心理学家克雷格·罗伯茨和室内空气化学家Misztal(当时在UKCEH)一个特别设计的under-the-armpit测试PTR-TOF-MS采样端口连接。志愿者然后显示中性和可怕的视频场景。这些数据还需要进一步分析,“Misztal解释说:“但是我们已经分析显示明显的差异,当人们改变他们的情绪状态。在可怕的场景,例如,丙酮发射率急剧增加,而丁酮迅速减少。

Misztal说他特别着迷的直接释放的挥发性有机化合物的仪器。我期待,应该有一些时间延迟而身体综合了这些化学物质,然后穿过皮肤,然后你会测量它们,”他解释说。但一些化合物几乎立即回应。可能,这可以表明他们使用化学通信。

Misztal搬到德州2019年9月,他现在与心理学家罗伯特·约瑟夫和James Pennebaker合作使用所谓PTR-TOF-MS研究背后的化学气味的恐惧和对人类volatilome压力的影响。

我认为在未来10年,我们会看到基本上理解人类volatilome革命,“Misztal说。作为从根本上有趣,这些化学信号解码等实际应用可能允许鼓励乳儿苦苦挣扎的新生儿,快速检测的条件如癌症、创伤后应激障碍甚至covid-19,是的,甚至在吸引新的性伴侣。

尼娜Notman位于索尔兹伯里的科学作家,英国