Cómo los mamíferos distinguen diferentes olores

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El olfato es quizá el más sensible y complejo de todos los sentidos y también ha sido el más difícil de descifrar por parte de los científicos.  Los investigadores se han preguntado, por ejemplo, como pequeñas cantidades de un compuesto en particular pueden oler agradable mientras que grandes cantidades del mismo compuesto son tan fuertes que son desagradables.

Ahora, los investigadores del Howard Hughes Medical Institute (HHMI) con el Harvard Medical School y colegas de Japón han resuelto uno de los rompecabezas más grandes de la investigación olfatoria.  ¿Cómo puede la nariz, con un número relativamente pequeño de receptores olfatorios, tener la sensibilidad suficiente como para discriminar entre más de 10000 olores?

Linda Buck, una investigadora de HHMI y Bettina Malnic de Harvard Medical School, junto con Junzo Hirono y Takaaki Sato del Centro de Investigación de Electrónica en Japón, parecen haber descifrado este rompecabezas con un descubrimiento sorprendente.  Ellos descubrieron que el sentido del olfato en los mamíferos está basado en la combinación para el reconocimiento y procesamiento olfatorio.  En vez de dedicar un receptor olfatorio individual a un olor específico, el sistema olfatorio utiliza un “abecedario”de receptores para crear una respuesta olfatoria específica en las neuronas del cerebro.

Cada receptor es utilizado una y otra vez para definir un olor, igual que las letras son utilizadas una y otra vez para definir distintas palabras,”dice Buck.  Como en el lenguaje, el sistema olfatorio parece utilizar combinaciones de receptores (palabras) para reducir el número de tipos de receptores (letras) requeridos para definir una amplia gama de olores (vocabulario).

La naturaleza está acostumbrada a utilizar un código combinatorio: las cuatro “letras”para el código genético- A, C, T, G (abreviaciones para los nucleótidos adenina, citosina, timina y guanina) permiten la creación de un número casi infinito de secuencias genéticas.  Sin embargo, el descubrimiento de Buck y sus colegas es la primera confirmación de que los nervios que constituyen al sistema olfatorio en los mamíferos también utilizan este camino combinatorio.

A medida que los olores penetran por la nariz, se encuentran con el epitelio olfatorio, una capa de células sobre la pared de la cavidad nasal.  El epitelio olfatorio contiene cerca de 5 millones de neuronas olfatorias.  Buck y sus colegas previamente habían descubierto que cada neurona olfatoria expresaba sólo uno de los 1000 tipos de receptores olfatorios sobre su superficie.

Cuando un olor excita una neurona, la señal pasa a través del axón de la célula y es transferida a las neuronas en el bulbo olfatorio.  A partir de esta estructura, localizada en la parte frontal del cerebro, las señales viajan a la corteza superior, que maneja el procesamiento conciente, y al sistema límbico, que genera los sentimientos emocionales.

“Esta es la razón de porque un olor puede evocar respuestas emocionales poderosas como también proporcionar información pasada,”explica Buck.  “Pero esto también lleva a una pregunta interesante: ¿Dónde termina la información acerca de los distintos olores? Podría ser que las señales generadas por algunos receptores produzcan una respuesta innata en vez de una respuesta aprendida, por ejemplo aquellos que señalan un alimento en descomposición.”

El grupo de Buck también descubrió otras pistas acerca del sentido del olfato.  En 1994, descubrieron que las neuronas que expresaban el mismo tipo de receptor estaban desparramadas por todo el epitelio olfatorio, pero sus axones todos convergían en puntos específicos en el bulbo olfatorio.  La dispersión en el epitelio, dice Buck, puede ayudar a proteger al sentido del olfato si una porción del epitelio olfatorio se daña debido a una infección.  Por otro lado, la convergencia de señales de miles de neuronas con el mismo receptor puede aumentar la sensibilidad para bajas concentraciones de compuestos odorosos.

En el estudio actual, los investigadores expusieron a neuronas de ratón individuales a una variedad de odorantes.  Usando una técnica llamada imágenes por calcio, los investigadores detectaron cuales neuronas eran estimuladas por un olor particular.  Cuando una molécula odorosa se une a su receptor, los canales de calcio en las membranas de las neuronas se abren y entra un flujo de iónes de calcio a la célula.  Esto genera un impulso eléctrico que viaja por el axón como señal nerviosa.  Las imágenes por calcio miden estos flujos de calcio.

“Utilizando este método pudimos demostrar tres cosas,”dice Buck.  “Primero, un único receptor puede reconocer varios odorantes.  Segundo, un único odorante es típicamente reconocido por varios receptores.  Y tercero, diferentes odorantes son reconocidos por una combinación de receptores.  Esto indica que el sistema olfatorio utiliza un sistema de combinación para representar las identidades de los odorantes.”

Fuente: Howard Hughes Medical Institute (Marzo 5, 1999)