果蝇分子识别与嗅觉的量子起源

气味分子识别的标准模型认为，受体位点通过分子几何形状进行区分，其证据是两个手性分子的气味可能截然不同。然而，近期对同位素标记气味物的研究表明，嗅觉接收可能存在分子振动感知成分，特别是在 2300 cm$^{-1}$ 附近的光谱区域。在此，我们提出一种用于嗅觉的供体 - 桥 - 受体模型，试图解释这一效应。我们的模型基于对气味物（桥）在中性和电离态下的精确量子化学计算，假设在空穴从受体上的供体位点转移到受体位点期间，气味物的内部模式被脉冲式激发，尤其是那些与隧穿能隙共振的模式。通过将脉冲力投影到内部模式上，我们可以确定在给定供体 - 受体隧穿能隙值下哪些模式被激发。只有那些与隧穿能隙共振并被脉冲激发的模式，才会对非弹性转移速率产生显著贡献。以苯乙酮为测试案例，我们的模型以及在黑腹果蝇（D. melanogaster）上的实验表明，特定气味物的同位素异构体会产生不同的气味品质。这些结果支持了非弹性散射效应在区分同位素异构体中起作用的概念，但这并非一种普遍的光谱效应。