Raffinaderij Xinjiang China Xiaodong Qiu/Moment/Getty Images

Om de vervuiling te helpen bestrijden die het gevolg is van de moderne industriële boom in China, een controlestation voor het milieu in de provincie Guangdong wendt zich tot een oude detectiemethode:de mens reukzin . Twaalf opgeleide professionals hebben hun tijd doorgebracht in laboratoria, blootgesteld aan een verscheidenheid aan schadelijke gassen die de stad Panyu teisteren - vanwege de overvloedige fabrieken en vuilnisbelten - in een poging geurprofielen te detecteren.

In dit artikel, we zullen leren hoe de neus en het menselijk brein geuren detecteren en onderscheiden, bouwt geurprofielen of herinneringen op, en hoe wetenschappers elektronische apparaten en robots gebruiken voor kunstmatige geur.

Galerij van de opwarming van de aarde

Met dank aan Dan Eckstein/Picture China
Vanwege de grote bevolking en de huidige industriële hausse,
China staat op het punt een van 's werelds grootste vervuilers te worden.

In 2006, een vervuilingsenquête van de Wereldbank toonde aan dat, van de 20 meest vervuilde steden ter wereld, 16 zijn in China. De vervuiling eist zijn tol:meer dan 300, In het steeds verder geïndustrialiseerde land sterven naar schatting elk jaar duizend mensen aan complicaties als gevolg van een slechte luchtkwaliteit. Deze situatie wordt nog verergerd door de ontdekking van een veel dodelijker vorm van vervuilende stof -- ultrafijne deeltjes . Deze deeltjes zijn veel kleiner en moeilijker te detecteren dan andere verontreinigende stoffen, nog meer negatieve gevolgen voor de gezondheid hebben naarmate de luchtkwaliteit verslechtert, en kan zelfs hartaandoeningen veroorzaken, onder andere gezondheidsproblemen [Bron:CNN].

Volgende

• Hoe robots werken
• Hoe NASA werkt
• Curiosity Project:Vervuilingspuzzels

Liu Jingcai, de leider van het ruikende team en de vice-directeur van de meldkamer, vertelde de krant China Daily dat de training de teamleden niet echt de kans heeft gegeven om hun olfactorische vaardigheden te gebruiken om de rozen te stoppen en te ruiken. "Het werk is nogal onaangenaam, " zei Liu. "We moeten in een laboratorium blijven en die vreselijke gassen herhaaldelijk ruiken [Bron:China Daily].

Teamleden zijn getraind om onderscheid te maken tussen de geuren van schadelijke milieuverontreinigende stoffen en gewoon verwerpelijke, maar ongevaarlijk, geuren. Ze beschikken over gevoelige elektronische apparatuur (daarover later meer) die de dichtheid van schadelijke gassen in de lucht kan detecteren. Maar de Chinese snuffelaars hebben één duidelijk voordeel ten opzichte van de machines:mensen kunnen niet alleen schadelijke gassen detecteren, we kunnen er ook fysieke reacties op vertonen, waardoor de aanwezigheid van de gassen in de atmosfeer veel duidelijker wordt.

Omdat onze reukzin minder gevoelig wordt naarmate we ouder worden, het professionele snuffelteam zal om de drie jaar een hercertificering ondergaan om er zeker van te zijn dat de leden nog steeds over optimale ruikvaardigheden beschikken.

Maar terwijl ze rond Panyu lopen op zoek naar verontreinigende stoffen, hoe kan het team precies de geuren onderscheiden die ze tegenkomen? In de volgende sectie, we zullen ontdekken hoe het menselijk brein de verschillen opsnuift.

Inhoud

1. Geuren detecteren en onderscheiden
2. De effecten van het snuiven van vervuiling
3. Kunstmatige geur
4. China's vervuilingssniffers:opmerking van de auteur
5. China's vervuilingssniffers:spiekbriefje

Geuren detecteren en onderscheiden

We kunnen onze reukzin als vanzelfsprekend beschouwen, maar precies hoe we ruiken is een onderwerp van groot debat en onderzoek onder neurologen en fysiologen. De wetenschap heeft een redelijk goede greep op hoe het reukproces precies plaatsvindt zodra de geur de reukreceptoren passeert - het is het begin en het einde van het proces dat onderzoekers stumped heeft.

Voor vele jaren, wetenschappers weten dat de verschillende zenuwen waaruit de olfactorische bundel zijn gespecialiseerd. Ze reageren elk alleen op de soorten moleculen waarmee ze zijn ontworpen om te interageren. Stel je een rij brievenbussen voor voor een postkantoor:de ene is voor post op maat, een is voor lokale post, en een is voor post buiten de stad. Elk is nog steeds een brievenbus, en elk accepteert post, maar hun individuele doeleinden zijn om een ​​specifiek type post naar een specifieke locatie te routeren, net zoals de zenuwen in reukbundels die naar een specifieke molecuulreceptor worden geleid.

Met dank aan A Review of the Universe
Een diagram van de componenten van het reukproces

Maar de wetenschap is nog steeds op zoek naar een antwoord op hoe de reacties van gespecialiseerde receptoren precies worden geactiveerd. Welk eerste proces vindt plaats om de professionele snuffelaars het verschil tussen geuren te laten zien?

Elke molecuul, zolang het is vluchtig (wat betekent dat het zal verdampen bij ongeveer kamertemperatuur), heeft de potentie om een ​​geurstof te zijn, of een molecuul dat we kunnen waarnemen door middel van geur. Zodra een geurstof zich bindt aan de receptoren in een neus, het potentieel van het molecuul als geurstof wordt gerealiseerd. De meest algemeen aanvaarde theorie is dat elk van onze ongeveer 350 reukreceptoren bepaalde structuren heeft die alleen kunnen worden geactiveerd door bepaalde soorten moleculen, gebaseerd op de vorm van het molecuul. Maar deze lock-and-key-theorie [Bron:Neurophilosophy] heeft één groot logistiek probleem:er zijn moleculen met dezelfde vorm en structuur die totaal verschillende geuren hebben.

Nieuwer onderzoek suggereert dat de interactie tussen geurstoffen en hun reukreceptoren gebaseerd is op een veel subliem fysiek proces. geworteld in kwantumfysica , deze recente theorie zegt dat de interactie is gebaseerd op de reactie die in de receptoren wordt veroorzaakt door de trillingen van de atomaire structuur van een geurmolecuul. De receptor reageert op de trillingen van het molecuul, en deze reactie triggert de overdracht van geurinformatie langs het reuksysteem. Vooruit! De Chinese snuffelaar kan een schadelijke chemische stof uitroeien.

Moleculaire filosofie wanneer een van China s sniffers halen adem door haar neus, de receptoren interageren met moleculen, genaamd geurstoffen . Elk molecuul heeft de potentie om een ​​geurstof te zijn, maar kan een molecuul als een geurstof worden beschouwd terwijl het gewoon in de ruimte rondzweeft? Dat is een beetje zoals de vraag, als er een boom valt in het bos en er is niemand in de buurt om het te horen, maakt het een geluid? Misschien een voor de filosofen.

Maar dit verklaart alleen hoe we chemisch interageren met geurmoleculen. De meeste geuren die we kennen, bestaan ​​uit combinaties van geurmoleculen. Dus hoe creëren we onze perceptie van geuren -- of het nu "goede" of "slechte" geuren zijn -- en, uiteindelijk, hoe kan een snuffelaar het verschil zien tussen de ene geur en de andere?

Het wordt voor onderzoekers steeds duidelijker dat de processen van het detecteren van geuren en het waarnemen van geuren in onze hersenen kunnen verschillen. Een studie van de Northwestern University heeft geconcludeerd dat de structuur van een geurmolecuul niet noodzakelijkerwijs invloed heeft op de geurcodering dat gebeurt in de hersenen. Geurcodering is de term voor hoe onze hersenen geuren indelen in verschillende categorieën. De onderzoekers ontdekten dat het een combinatie van verschillende processen kan zijn die samenwerken waardoor deze geurcodering kan plaatsvinden.

Deze zelfde onderzoekers hebben ook vastgesteld dat onze gecodificeerde geurherinneringen , of geurprofielen gemaakt door blootstelling, kan veranderen wanneer we nieuwe of aanvullende informatie over een geur tegenkomen [Bron:Northwestern University]. Bijvoorbeeld, één keer aan een gardeniabloesem ruiken, kan een geurgeheugen creëren dat kan worden geactiveerd als we een gardeniaplant van ver zien, maar opeenvolgende snuiven van een gardenia kunnen onze oorspronkelijke indruk van de geur van de bloem verduidelijken en complexiteit toevoegen.

In de volgende sectie zullen we kijken naar de effecten van het snuiven van vervuiling op mensen.

De effecten van het snuiven van vervuiling

De meesten van ons worden niet betaald om vervuilende stoffen met onze neus op te sporen. Over het algemeen leren we over de geuren van onze omgeving door in de loop van de tijd incidenteel te worden blootgesteld. Maar de aanpak van de Chinese regering om haar snuffelaars te trainen is agressiever en gerichter. Door de teamleden gedurende lange tijd bloot te stellen aan de geuren in een laboratorium, de ideeën van de snuffelaars over een geur worden sneller verfijnd, vergelijkbaar met een wijnkenner die de tonen detecteert, of geurprofielen, van een glas Chardonnay.

Met dank aan Chris Harvey/Dreamstime.com
Het menselijke reuksysteem
is zeer gevoelig voor chemicaliën
en vervuiling.

De Noordwest-onderzoekers toonden aan dat dit soort blootstelling een verfijnder reukvermogen creëert voor geuren in dezelfde familie. Langdurige blootstelling zorgt ook voor een intensere reactie op een geur. Bijvoorbeeld, als de Chinese snuffelaars lange tijd aan zwavel waren blootgesteld, het zou voor hen gemakkelijker zijn om het verschil te zien tussen verschillende soorten zwavelverbindingen. Beurtelings, dit zou hen beter maken in hun werk.

Maar het snuiven van zwavel en andere schadelijke chemicaliën kan zeer schadelijk zijn voor de gezondheid van de mens. Dus, terwijl de Chinezen mensen in dienst hebben om vervuiling op te sporen, wetenschappers in andere delen van de wereld kijken naar technologie in de vorm van elektronische instrumenten.

Dr. Ricardo Araneda
HowStuffWorks wil graag Dr. RicardoAraneda bedanken op: Universiteit van Maryland voor zijn hulp bij dit artikel.

De olifant in de kamer met betrekking tot de Chinese snuffelaars is dat die snuffelaars mensen zijn. Dit betekent dat hun werk op twee problemen stuit. De eerste is dat hun reukvermogen na verloop van tijd zal verslechteren. De tweede is dat ze schadelijke chemicaliën inhaleren voor de kost. Het eerste probleem kan worden opgelost door vervangende snuffelaars aan te werven, maar het tweede probleem kan leiden tot gezondheidsproblemen en zelfs de dood voor de sniffers.

In de volgende sectie, we zullen kijken hoe robots en elektronische apparaten worden gebruikt in kunstmatige reukzin.

Kunstmatige geur

We hebben eerder gezien dat Chinese menselijke snuffelaars een voordeel hebben ten opzichte van gevoelige elektronische instrumenten:als mensen, we hebben fysieke reacties die het bestaan ​​van verontreinigende stoffen bevestigen. Maar het gebruik van elektronische instrumenten elimineert de noodzaak om mensen bloot te stellen aan schadelijke verontreinigende stoffen. Hiertoe, de wetenschap zoekt naar nieuwe manieren om technologie te gebruiken om vervuiling op te sporen en de concentratie ervan te bepalen.

Met dank aan NASA/JPL-Caltech

NASA heeft zijn derde generatie Electronic Nose (ENose) -apparaat ontwikkeld. Het Jet Propulsion Lab (JPL) van het ruimteagentschap heeft het apparaat gemaakt om ammoniaklekken aan boord van de spaceshuttle op te sporen. NASA gebruikt ammoniak als warmtegeleider in de leidingen van de shuttles. Ammoniak kan dodelijk zijn als men eraan wordt blootgesteld in gasvormige toestand, en als het lekt, het zou de ondergang betekenen voor de astronauten. Om een ​​ramp als deze af te weren, de ENose wordt ontwikkeld voor gebruik in de ruimte om lekken als deze vroegtijdig op te sporen, voordat de concentratie van het gas een dodelijk niveau bereikt.

De ENose is gebaseerd op de structuur van het menselijke reuksysteem. Het apparaat gebruikt polymeerfilms om moleculen te detecteren en erop te reageren, net als de kleine, haarachtige receptoren aan de uiteinden van onze reukzenuwen. Deze reacties worden vervolgens geïnterpreteerd door de machine.

Een artikel over de ENose op de website van NASA meldt dat het apparaat zo gevoelig is dat het een elektrisch vuur kan ruiken voordat het uitbreekt en onderscheid kan maken tussen Coca-Cola en Pepsi [Bron:NASA]. Zelfs de Chinese snuffelaars zouden problemen hebben dat doen.

Met dank aan Natalie Jeremijenko,
Jeffrey Warren en Mike Kai
Robothonden vinden een nieuw doel
als vervuilende detectoren. De honden'
microchips worden achteraf ingebouwd
vluchtige stoffen in de lucht voelen.

Terug op aarde, iets minder geavanceerde technologie dan de spaceshuttle wordt gebruikt voor een apparaat dat lijkt op NASA's ENose. Robotachtige honden, het ooit zo populaire kinderspeelgoed dat kan lopen, zitten, blijf en blaf, worden achteraf uitgerust met nieuwe chips waarmee de hoektanden vluchtige verbindingen kunnen detecteren in sporen van slechts 100 delen per miljoen in een project genaamd het Feral Dog Project.

Het geesteskind van Natalie Jeremijenko, een professor aan de San Diego State University, het project begon als een manier om niet alleen verontreinigende stoffen veilig op te snuiven, maar ook om mensen bewust te maken van de gevaren voor het milieu die deze verontreinigende stoffen met zich meebrengen. Het project is van de grond gekomen, met retrofit-labs die in het hele land in Idaho opduiken, New York en Florida.

Maar de sensoren die in het Feral Dog Project worden gebruikt, hebben nog een lange weg te gaan voordat ze de ENose inhalen. Terwijl de sensoren van de robothonden verbindingen kunnen oppikken in 100 delen per miljoen, ENose-sensoren kunnen slechts één deel - dat is slechts één molecuul - per miljoen detecteren.

Voor meer informatie over het Feral Dogs Project en een video met een vrijlating van een robothond, bekijk de links op de volgende pagina.

China's vervuilingssniffers:opmerking van de auteur

HowStuffWorks 2009
Josh Clark, Senior schrijver

Er is altijd een aspect van de vervuilingssnuffelaars in de provincie Guangdong geweest waar ik nooit in geslaagd ben om tot op de bodem uit te zoeken:waarom mensen gebruiken? Ik vroeg me het af toen ik het artikel schreef, en ook toen ik er een podcast-aflevering "Stuff You Should Know" op maakte, en ik vraag me dat nu nog af. Alle bijbehorende schade die gepaard gaat met het doelbewust blootstellen van mensen aan luchtvervuiling -- en niet alleen dat, maar ervoor zorgen dat ze er lang en diep van ademen als hun werk -- lijkt op zijn minst gevaarlijk, zo niet helemaal onnodig. In het vierde deel, Ik heb een aantal mechanische sensoren opgetekend die het net zo goed en zelfs veel beter zouden kunnen doen dan detectoren voor menselijke vervuiling. Dus, waarom mensen gebruiken?

Dit was mijn eerste artikel voor HowStuffWorks.com. Het was een testartikel, eigenlijk, degene die me heeft aangenomen, dus ik heb hier echt affiniteit mee. Door er onderzoek naar te doen, maakte ik ook voor het eerst kennis met het fascinerende feit dat de wetenschap niet weet hoe we de gewaarwording van geur ervaren. Door kennis te maken met de theorieën over geur waar ik het in dit artikel over heb, heb ik ook ontdekt hoeveel we nog te leren hebben.

bronnen

• "China's 'professionele neuzen' snuffelen vervuilers op." Reuters. Reuters.com. 20 juni 2007.
  http://www.reuters.com/article/environmentNews/id USPEK20893920070620?feedType=RSS
• "Elektronische neus:NASA-onderzoekers ontwikkelen een buitengewoon gevoelige kunstmatige neus voor verkenning van de ruimte." Nasa. Wetenschap.nasa.gov. 6 oktober 2004.
  http://science.nasa.gov/headlines/y2004/06oct_enose.htm
• "Hoe je hersenen je helpen een wijnexpert te worden:onderzoekers ontdekken hoe we geuren onderscheiden." Noordwestelijke Universiteit. 21 december 2006.
  http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-12/nu-hyb122106.php
• "Menselijke neuzen om China's vervuilende stoffen op te snuiven." AFP. Breitbart.com. 20 juni 2007.
  http://www.breitbart.com/article.php?id=070620070744.u3mly8tt&show_article=1&cat=0
• "Human sniffer team volgt vervuiling (China)." The Times Online UK Freerepublic.com. 21 juni, 2007.
  http://www.freerepublic.com/focus/f-news/1853714/posts
• "Onzichtbare vijand leidt tot gezondheidsproblemen:Azië wordt geconfronteerd met een groeiend probleem van ultrafijne deeltjes." CNN. CNN.com. 2 juni 2006.
  http://www.cnn.com/2006/HEALTH/conditions/05/09/air.pollution /index.html
• "De rozen leren ruiken:ervaringsafhankelijke neurale plasticiteit in menselijke piriforme en orbitofrontale cortex." neuron. Straddle3.net. 29 december 2006.
  http://straddle3.net/context/03/en/2006_12_29.html
• Neurofilosofie.wordpress.com. 12 december 2006,
  http://neurophilosophy.wordpress.com/2006/12/12/the-quantum-
  mechanica-van-geur/
• "Reukzenuw." Medterms.com
  http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=7571
• "Kwantummechanica kan verklaren hoe mensen ruiken." Physorg.com. 1 februari, 2007.
  http://www.physorg.com/news89542035.html
• "Robotproject kan een grote hap uit de vervuiling halen." De Republiek van Arizona. azcentral.com. 11 december 2005.
  http://www.azcentral.com/arizonarepublic/local/articles/1211 robotdogs11.html
• "Snuiven van schadelijke gassen." China dagelijks. China.org.cn. 20 juni 2007.
  http://www.china.org.cn/english/environment/214488.htm
• "De meest vervuilde plekken op aarde:hoe repot gebieden van de planeet rangschikt als vervuilers en vervuild." CBS-nieuws. CBSNews.com. 6 juni 2007.
  http://www.cbsnews.com/stories/2007/06/06/eveningnews/main 2895653.shtml

China's vervuilingssniffers:spiekbriefje

Dingen die u moet weten

• Uit een enquête van de Wereldbank uit 2006 bleek dat 16 van de 20 meest vervuilde steden ter wereld in China liggen.
• Ambtenaren in de Chinese provincie Guangdong hebben een programma ontwikkeld dat mensen traint om luchtverontreinigende stoffen te detecteren en te onderscheiden met behulp van hun reukvermogen.
• De wetenschap weet niet helemaal zeker hoe we ruiken; een variatie op de slot- en sleutelhypothese zegt dat kwantumvibraties ervoor zorgen dat geurstoffen zich in de juiste receptoren kunnen vastzetten.
• NASA creëerde een elektronische neus die gevoelig genoeg is om een ​​brand te detecteren voordat deze begint.

Nutsvoorzieningen, Test je kennis met deze quizzen!

• Reis de wereld rond:China
• De ultieme quiz over luchtvervuiling binnenshuis
  
• De ultieme groene vakantiequiz
  
• Feit of Fictie:Groene Daken
• Vernieuwen, Hergebruiken of recyclen?

Bekijk deze fotogalerijen!

• Groene Wetenschapsfoto's
  
• Energie besparen op het werk Foto's