AND IF LUCA TURIN WAS RIGHT?

Luca Turin may be right when he says that there is a vibrational mechanism of odorant molecules that can detect odors by tiny biological spectroscopes located in the olfactory epithelium. What happens is that evolutionarily that mechanism has been relegated to the background because it is no longer functionally active. The vibrational mechanism proposed by the biophysicist Luca Turin probably existed thousands of years ago and was subsequently replaced evolutionarily by a stereochemical mechanism, as we know it today and which constitutes the current paradigm of olfaction.

The importance of the theory of Luca Turin lie in that according to it, molecules with the same vibrational wave number in the infrared smell the same. Although the sense of smell does not work that way, it will continue to maintain that ancestral property. From there, a highly efficient odor predictor algorithm can be developed. Luca Turin through companies in which he has collaborated, like Flexitral, has been quite successful with such predictive calculations. A molecule will have a certain odor depending on its chemical structure.

The vibrational mechanism of Luca Turin only refers to the primary olfactory reactionor how the ligand (odorant molecule) interacts with the olfactory receptor (7-transmenbrane protein linked to protein G). From this stage all the successive processes that are part of the olfactory paradigm accepted by the scientific community they are still valid (nature and behavior of the olfactory receptors according Richad Axeland Linda Buck, projection of molecular structures in the olfactory lobe, formation of olfactory sensations in the brain, etc.)

In February 2016, a group of Italian scientists from the University of Trento, led by Marco Paoli published an interesting work that brought new light to the controversy between the stereoscopic theoryand the vibrational one. They checked in bees that isotopic isomers of deuterated odorant molecules activate olfactory glomeruli other than their non-deuterated homonyms. (Two isotopic isomers differ from each other only in that their hydrogen atoms have been replaced by deuterium atoms, an atom identical to hydrogen, but with double mass.)

The researchers also verified that all bee glomeruli are weakly sensitive to the detection of isotopic odorants and that only a part of them are energetically sensitive to that type of detection. The aforementioned activation mechanism is not a substitute for the stereochemist, but could be a complement to it.

 When it comes to very similar molecules, such as isotopic isomers, a new way of discovering odors comes into play. The conclusion of this work allows the authors to say that it is possible that the mechanism by which bees capture odorant molecules is of the vibrational type.

Earlier in 2011 Luca Turin and colleagues also published a work on olfaction in the fly Drosophila melanogasterwith similar conclusions to the comment of the bees.

The mechanism of differentiation between deuterated odorant molecules is an obsolete and non-functional mechanism. This would mean that the aforementioned mechanism, generated by evolution, was operational in past times. At the moment it has been in disuse, but it is still there, in the genotype of some living beings.

When did that ability to differentiate isotopes in bees appear? Possibly emerged in the process of evolution of the first insects, more than 300 million years, in the so-called Devonian period. In those times, deuterium was possibly more abundant than now in the Earth's atmosphere, as a result of the Big Bang, and it would not be strange that certain plants synthesized odorant molecules, such as rose, carnation or jasmine, incorporating deuterium to its sap. Evolution allowed the discrimination of its non-deutered homologues. The bees, hundreds of millions of years later, would inherit that special olfactory ability from the first insects.

It is interesting the role played by NADH and the Zn +2, argued by the biophysicist as key elements of his theory. The book of the American journalist Chandler Burr, "The emperor of perfume"is also very illustrative in that sense, which explains in an entertaining way how Luca Turin was building step by step his vibrational theory. The book by Chandler Burr, a former contributor to such important newspapers as the New York Times and the Washington Post, was a bestseller in many countries around the world.

 It is assumed that early Cretaceous bees preferred to make their honey with flowers less contaminated with heavy elements, such as the still young isotope of hydrogen. Evolution allowed them to choose what was best for them. Possibly that spring honey, tasty and nutritious, was more digestive for the larvae of the bees than the one coming from plants with deuterium in its sap.

Luca Turin's theory is too elegant and consistent to believe that it isn´t true. Albert Einstein said that a physical law as well as being true must be beautiful.

Bibliography:

- Bridging the Olfactory Code.Francesc Montejo. Perfumer and Flavorist. July 2009. Vol.37, nº 7.

- Differential Odour Coding of Isopomers in the Honeybee Brain. Marco Paoli et al.Scientifics reports. University of Trento. February 2016

- Molecular vibration-sensing component in Drosophila melanogaster olfaction. Luca Turin et al.National Center for Biological Sciences. Bangalore, India January 2011

¿Y SI LUCA TURIN ESTABA EN LO CIERTO?

Luca Turín puede tener razón cuando dice que existe un mecanismo vibracional de las moléculas odorantes que permite detectar olores mediante diminutos espectroscopios biológicos situados en el epitelio olfativo. Sin embargo, evolutivamente, ese mecanismo ha quedado relegado a un segundo plano debido a que ya no está funcionalmente activo.   El mecanismo vibracional propuesto por el biofísico Luca Turín probablemente existió hace miles de años y posteriormente fue sustituido evolutivamente por un mecanismo estereoquímico, como lo conocemos actualmente y que constituye el actual paradigma de la olfacción. 

La importancia de la teoría de Luca Turín radica en que según la misma, moléculas con idéntico numero de onda vibracional en el infrarrojo huelen igual. Aunque actualmente el olfato no funcione primordialmente de esa manera, seguirá manteniendo esa propiedad ancestral. A partir de ahí se puede elaborar un algoritmo predictor de olores de gran eficacia. Luca Turín a través de empresas en las que ha colaborado, como Flexitral, ha tenido bastante éxito con tales cálculos predictivos. Una molécula tendrá un determinado olor en función de su estructura química.

El mecanismo vibracional de Luca Turín solo se refiere a la reacción olfativa primaria,o sea como interacciona el ligando (molécula odorante) con el receptor olfativo (proteína 7 transmenbrana ligada a proteína G). A partir de esa etapa todos los procesos sucesivos que forman parte del paradigma olfativo aceptado por la comunidad científica siguen siendo válidos (naturaleza y comportamiento de los receptores olfativos de acuerdo con Richard Axely Linda Buck, proyección de estructuras moleculares en el lóbulo olfativo, formación de sensaciones olfativas en el cerebro, etc.) 

En febrero de 2016, un grupo de científicos italianos de la universidad de Trento, encabezados por Marco Paoli publicaron un interesante trabajo que aportaba nueva luz a la controversia entre la teoría formista y la vibracional. Comprobaron en abejas que isómeros isotópicos de moléculas odorantes deuteradas activan glomérulos olfativos distintos de sus homónimos no deuterados. (Dos isómeros isotópicos difieren entre sí únicamente en que sus átomos de hidrógeno han sido sustituidos por átomos de deuterio, un átomo idéntico al hidrógeno, pero con doble masa).

Los investigadores verificaron asimismo que todos los glomérulos de las abejas son débilmente sensibles a la detección de odorantes isotópicos y que solo una parte de ellos son enérgicamente sensibles a ese tipo de detección. El citado mecanismo de activación no es sustitutivo del estereoquímico o formista, sino que podría ser un complemento de este.

 Cuando se trata de moléculas muy parecidas, como los isómeros isotópicos, entra en juego una nueva forma de descubrir olores. La conclusión de este trabajo permite a los autores decir que es posible que el mecanismo por el que las abejas captan las moléculas odorantes sea del tipo vibracional. 

Anteriormente en 2011 Luca Turín y colaboradores publicaron también un trabajo sobre la olfacción en de la mosca Drosophila melanogastercon conclusiones parecidas al comentado de las abejas.

El mecanismo de diferenciación entre moléculas odorantes deuteradas es un mecanismo obsoleto y no funcional. Ello significaría que el citado mecanismo, generado por evolución, estuvo operacional en tiempos pretéritos. Actualmente ha quedado en desuso, pero sigue estando ahí, en el genotipo de algunos seres vivos.

¿Cuándo apareció esa habilidad para diferenciar isótopos en las abejas? Posiblemente surgió en el proceso de evolución de los primeros insectos, hace más de 300 millones de años, en el llamado periodo Devónico. En aquellos tiempos posiblemente el deuterio era bastante más abundante que ahora en la atmósfera terrestre, a consecuencia de la eclosión del Big Bang, y no sería extraño que ciertas plantas sintetizasen moléculas odorantes, como las de la rosa, el clavel o el jazmín, incorporando deuterio a su savia. La evolución permitió la discriminación de sus homólogas no deuteradas. Las abejas, cientos de millones de años más tarde, heredarían de los primeros insectos esa capacidad olfativa tan especial.

Es interesante el papel que juegan el NADH y el Zn ⁺², argumentados por el biofísico como elementos clave de su teoría. También es muy ilustrativo en ese sentido el libro del periodista americano Chandler Burr,“El emperador del perfume”, que explica de manera amena cómo Luca Turín fue construyendo paso a paso su teoría vibracional. El libro de Chandler Burr,ex colaborador de publicaciones tan relevantes como el New York Times y el Washington Postfue bestseller en muchos países del mundo.

Se supone que las abejas del Cretácido temprano preferían elaborar su miel con flores menos contaminadas con elementos pesados, como el aún entonces joven isótopo del hidrógeno. La evolución les permitió elegir lo que más les convenía. Posiblemente aquella miel de primavera, sabrosa y nutritiva, era más digestiva para las larvas de las abejas que la procedente de plantas con deuterio en su savia. 

La teoría de Luca Turín es demasiado elegante y consistente para no pensar que tiene algo de cierto. Albert Einstein decía que una ley física además de ser verdadera debe ser hermosa.

Bibliografía:

-               Bridging the Olfactory Code. Francesc Montejo. Perfumer and Flavorist. July 2009. Vol.37, nº 7.

-         Differential Odour Coding of Isopomers in the Honeybee Brain. Marco Paoli et al.Scientifics reports. University of Trento. February 2016.

-               Molecular vibration-sensing component in Drosophila melanogaster olfaction.Luca Turín et al. National Center for Biological Sciences. Bangalore, India. January 2011.