El misterio del olfato:
El vívido mundo de los olores
Stephen D., un estudiante de medicina de 22 años, luego de que una noche tomó una mezcla de drogas que alteran la mente, soñó que se había transformado en un perro y que estaba rodeado por olores extremadamente ricos. El sueño pareció continuar cuando se despertó; repentinamente, su mundo se había llenado de olores acres.
Mientras iba al hospital esa mañana, "Olía como un perro. Y oliendo de esa manera, reconocí a los veinte pacientes que estaban ahí, antes de verlos", le contó más tarde al neurólogo Oliver Sacks.
"Cada uno tiene su propio olor particular", le dijo, "mucho más vívido y evocativo que cualquier expresión de su cara". El también podía reconocer las calles y los negocios locales por su olor. Algunos olores le brindaban placer y otros le disgustaban, pero todos eran tan penetrantes que le resultaba muy difícil pensar en cualquier otra cosa.
Los extraños síntomas desaparecieron luego de unas pocas semanas. Stephen D. estaba enormemente aliviado de volver a ser normal, pero "también sintió una tremenda pérdida", informó Sacks en su libro "El hombre que confundió a su mujer por un sombrero y otros cuentos clínicos". Años más tarde, convertido en un exitoso médico, Stephen D. todavía recordaba "ese mundo oloroso-¡tan vívido, tan real! Era como una visita a otro mundo, un mundo de percepción pura, rica, viva, autosuficiente y llena...Ahora me doy cuenta a lo que hemos renunciado siendo civilizados y humanos".
El ser civilizados y humanos significa, por un lado, que nuestras vidas no están guiadas por nuestros olores. El comportamiento social de la mayoría de los animales está controlado por los olores y otras señales químicas. Los perros y los ratones dependen de los olores para localizar su comida, para reconocer caminos y territorios, para identificar parientes, para encontrar una compañera receptiva. Los insectos sociales, tales como las hormigas, envían y reciben intrincadas señales químicas que les indican, con precisión, hacia dónde dirigirse y cómo comportarse durante todos los momentos del día.
Pero los humanos "ven" al mundo fundamentalmente por medio de los ojos y de los oídos. No le prestamos atención al sentido del olor, y a menudo suprimimos la consciencia sobre lo que nos dice la nariz. A muchos de nosotros nos han enseñado que hay algo vergonzoso acerca de los olores.
No obstante, las madres pueden reconocer a sus bebés por el olor, y los recién nacidos reconocen a sus madres de la misma manera. Los olores que nos rodean afectan nuestra comodidad, a lo largo de nuestras vidas.
Los olores conservan, también, un poder extraño para afectarnos. Una bocanada de tabaco de una pipa, un determinado perfume o una fragancia olvidada por mucho tiempo, pueden evocar instantáneamente escenas y emociones del pasado. Muchos escritores y artistas se han maravillado ante la calidad persistente de tales memorias.
En "En busca del tiempo perdido", el novelista francés Marcel Proust describió lo que le aconteció después de beber una cucharada de té, en el que había remojado un pedazo de magdalena, que es un tipo de bizcocho: "apenas había tocado mi paladar el tibio líquido mezclado con las migas, un estremecimiento recorrió todo mi cuerpo y me detuve, atento al extraordinario fenómeno que me estaba sucediendo", escribió. "Un exquisito placer había invadido mis sentidos...sin sugerir su origen..."
"Repentinamente el recuerdo se reveló a sí mismo. El sabor era el de un pequeño pedazo de magdalena, que en las mañanas de domingo...solía darme mi tía Leona, sumergiéndolo primero en su propia taza de té....Inmediatamente la antigua casa gris sobre la calle, donde estaba su habitación, se elevó como un decorado...y el pueblo entero, con su gente y sus casas, sus jardines, su iglesia y sus alrededores, fue tomando forma y solidez, cobró vida desde mi taza de té".
El sólo ver la magdalena no había devuelto estas memorias, notó Proust. Tuvo que probarla y olerla. "Cuando nada más subsiste del pasado," escribió, "después que la gente ha muerto, después que las cosas se han roto y desparramado...el perfume y el sabor de las cosas permanecen en equilibrio mucho tiempo, como almas...resistiendo tenazmente, en pequeñas y casi impalpables gotas de su esencia, el inmenso edificio de la memoria".
Proust se refería tanto al sabor como al olor; y hacía bien en hacerlo, porque la mayor parte del sabor de los alimentos proviene de su aroma, que va flotando hacia arriba por las fosas nasales hasta alcanzar las células presentes en la nariz, y también llega a estas células, a través de un corredor que se encuentra en la parte trasera de la boca.
Nuestros botones gustativos sólo nos proporcionan cuatro sensaciones claras: dulce, salado, agrio y amargo. Los otros sabores provienen del olfato, y cuando la nariz es bloqueada por un resfriado, la mayoría de los alimentos parecen suaves o insípidos.
Tanto el olor como el sabor requieren que incorporemos-inhalando o tragando-las substancias químicas que realmente se unen a los receptores presentes en nuestras células sensoriales. En etapas tempranas en la evolución, los dos sentidos tuvieron el mismo precursor, un sentido químico común, que le posibilitó a las bacterias y a otro tipo de organismos unicelulares, localizar los alimentos o estar prevenidos de substancias perjudiciales.
Cómo percibimos tales substancias químicas como si fueran olores es un misterio que, hasta hace poco, derrotaba a la mayoría de las tentativas para resolverlo. Estudios anatómicos mostraron que las señales de las células olfatorias presentes en la nariz, alcanzan el área olfatoria de la corteza después de sólo un único relevo en el bulbo olfatorio. La corteza olfatoria, en cambio, se conecta directamente con una estructura fundamental llamada hipotálamo, que controla la conducta sexual y maternal.
Cuando los científicos trataron de explorar los detalles de este sistema, sin embargo, se golpearon con una pared en blanco. Ninguno de los métodos, que habían probado ser fructíferos en el estudio de la visión, parecía funcionar.
Para empeorar las cosas, era muy poco lo que se sabía acerca de las substancias a las cuales el sistema olfatorio responde. Se dice que el humano promedio puede reconocer hasta 10.000 olores por separado. Estamos rodeados por moléculas odoríferas que proceden de los árboles, las flores, la tierra, los animales, el alimento, la actividad industrial, la descomposición bacteriana, otros humanos. No obstante, cuando queremos describir estos innumerables olores, a menudo recurrimos a las analogías crudas: algo huele como una rosa, como el sudor o como el amoníaco.
Nuestra cultura coloca al olfato en tal bajo valor que nunca hemos desarrollado un vocabulario apropiado para describirlo. En "Una historia natural de los sentidos", la poeta Diane Ackerman nota que es casi imposible explicar cómo huele algo, a alguien que no lo ha olido. Existen los nombres para toda una gama de matices de colores, escribe. Pero ninguno para los tonos y los tintes de un olor.
Los olores tampoco pueden ser medidos usando la clase de escala lineal que los científicos solían usar para medir la longitud de onda de la luz o la frecuencia de sonidos.
"Sería lindo si un olor correspondiera a una longitud de onda corta y otro a una longitud de onda larga, tal como una rosa versus un zorrino, y si uno pudiera colocar a cada olor en esta escala lineal", dice Randall Reed, un investigador del HHMI en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, quien ha estado interesado en el olfato por mucho tiempo. "Pero no existe una la escala del olor", dado que las moléculas odoríferas varían extensamente en su composición química y en su estructura tridimensional.
Para averiguar cómo estas moléculas odoríferas diversas, provocan nuestra percepción, los investigadores tenían que examinar a las células olfatorias e identificar las proteínas de los receptores que, en realidad, se unen con las sustancias odoríferas.
El misterio del olfato:
Encontrando los receptores odoríferos
"Pensamos que olemos con la nariz, pero esto es como decir que oímos con el lóbulo de la oreja", escribe Gordon Sheperd, profesor de neurociencia, en la Universidad de Yale. "De hecho, la parte de la nariz que podemos ver desde el exterior sirve sólo para recibir y encauzar el aire que contiene a las moléculas odoríferas". Las neuronas que perciben estas moléculas, se encuentran en la profundidad de la cavidad nasal, en una porción de células llamada el epitelio olfatorio.
Encaramado detrás de un tipo de curva cerrada, en el techo de la cavidad nasal, se encuentra el epitelio olfatorio, que sólo mide unos pocos centímetros cuadrados. Contiene unos 5 millones de neuronas olfatorias, además de sus células de sostén y de las células troncales. En realidad, existen dos de tales porciones-una en cada lado de la nariz-que se encuentran en una línea horizontal, justo debajo del nivel de los ojos.
Cada neurona olfatoria, presente en el epitelio, está cubierta con por lo menos 10 cilios que se proyectan hacia un baño de mucus fino, que se encuentra en la superficie celular. Los científicos estaban convencidos de que en algún lugar en estos cilios, debían haber proteínas receptoras que reconocían y unían a las moléculas odoríferas, con lo cual estimularían a la célula para enviar las señales al cerebro.
Las proteínas receptoras serían la clave para contestar dos preguntas básicas acerca del olfato, explica Richard Axel, un investigador del HHMI, en la Universidad de Columbia. La primer pregunta es cómo hace el sistema para responder a miles de moléculas de formas y tamaños diferentes, a las que llamamos sustancias odoríferas, "¿usa un número restringido de receptores variados o un gran número de receptores relativamente específicos?". Y la segunda pregunta, ¿cómo utiliza el cerebro a estas respuestas para distinguir entre los olores?
La lista de los descubrimientos que cambiaron totalmente el estudio del olfato resultaron de un nuevo énfasis en la genética. En vez de ir directamente en busca de las proteínas receptoras, Richard Axel y Linda Buck, que era entonces una investigadora postdoctoral en el grupo de Axel, y que actualmente es una investigadora del HHMI, en la Facultad de Medicina de Harvard, buscaron los genes que contenían las instrucciones para las proteínas encontradas sólo en el epitelio olfatorio.
Sus esfuerzos no produjeron nada al principio. "Ahora sabemos por qué nuestros esquemas iniciales fallaron", dice Axel. "Es porque hay un gran número de receptores odoríferos, y cada uno era expresado sólo en un nivel muy bajo".
Finalmente, Buck propuso lo que Axel denomina "una maniobra extremadamente hábil". Ella hizo tres suposiciones que redujeron drásticamente el campo, permitiéndole centrar la puntería en un grupo de genes que parece que codifican para las proteínas receptoras odoríferas.
Su primera suposición-basada en pequeños fragmentos de evidencias de varios laboratorios-era que los receptores odoríferos se parecen mucho a la rodopsina, la proteína receptora presentes en las células de tipo bastón del ojo. La rodopsina y, por lo menos otras 40 proteínas receptoras, cruzan la superficie celular siete veces, lo que les da una forma característica, semejante a la de una serpiente. También funcionan de manera semejante, al interactuar con proteínas G para transmitir las señales al interior de la célula. Debido a que muchos receptores de este tipo comparten ciertas secuencias de ADN, Buck diseñó sondas que reconocerían a estas secuencias, en un grupo de ADN de rata.
A continuación, ella asumió que los receptores odoríferos eran miembros de una gran familia de proteínas relacionadas. Por consiguiente, buscó grupos de genes que tuvieran ciertas similitudes. En tercer lugar, los genes tenían que ser expresados sólo en el epitelio olfatorio de rata.
"Si hubiéramos empleado sólo uno de estos criterios, habríamos tenido que seleccionar entre miles de otros genes", dice Axel. "Esto nos ahorró varios años de una labor monótona".
Buck recuerda que "había tratado tantas cosas y había estado trabajando tan arduamente durante años, sin obtener ningún beneficio. ¡Así que cuando, finalmente, encontré los genes en 1991, no lo podía creer! Ninguno de ellos había sido visto antes. Eran todos diferentes, pero todos estaban relacionados entre sí. Eso era muy satisfactorio".
El descubrimiento hizo posible el estudio del sentido del olfato por medio de las técnicas de biología molecular y celular moderna, y la investigación de cómo el cerebro distingue entre los olores.
También le permitió a los investigadores "sacar" los genes para proteínas receptoras semejantes en otras especies, al buscar en librerías de ADN de estas especies. Los receptores odoríferos de humanos, ratones, bagres, perros y salamandras se han identificado de esta manera.
El descubrimiento más asombroso del equipo fue encontrar que existan tantos receptores odoríferos. Los 100 genes diferentes, que los investigadores identificaron primero, eran apenas la punta del iceberg. Ahora parece que hay entre 500 y 1.000 proteínas receptoras diferentes, presentes en las neuronas olfatorias de rata y ratón, y probablemente en neuronas humanas.
"Esos son realmente muchos genes", dice Axel. "¡Es el 1 por ciento del genoma! Esto significa que, por lo menos en la rata, 1 de cada 100 genes probablemente se ocupe de la detección de los olores". Este número asombroso de genes refleja la importancia crucial del olfato para los animales.
El misterio del olfato:
El modo en que las ratas, los ratones y, probablemente, los humanos reconocen los olores
Por grande que el número de receptores pueda ser, probablemente sea más pequeño que la cantidad de olores que podemos reconocer.
"Muy probablemente, el número de sustancias odoríferas excede por lejos al número de proteínas receptoras, en una proporción de al menos 10 a 1", dice Axel. "En ese caso, ¿cómo sabe el cerebro lo que la nariz está oliendo?"
El sistema visual necesita sólo tres clases de receptores para distinguir entre todos los colores que podemos percibir, indica Axel. Todos estos receptores responden al mismo elemento, la luz. La luz de longitudes de onda diferentes, hace que las tres clases de receptores reaccionen con una intensidad diferente, y entonces el cerebro compara las señales de estos receptores para determinar el color. Pero el sistema olfatorio debe usar una estrategia diferente al tratar con la amplia variedad de moléculas que producen los olores.
Para resolver esta estrategia, Axel comenzó preguntando cuántas clases de proteínas receptoras se producen en una sola neurona olfatoria. "Si una neurona individual expresa sólo un número pequeño de receptores, o un solo receptor, entonces el problema de determinar qué receptores se han activado, se reduce a determinar qué neuronas han sido activadas", dice.
Él pensó que podría avanzar más rápidamente trabajando con organismos más sencillos que las ratas. Así que se puso a trabajar en peces, que responden a menos olores y que probablemente tenían menos receptores.
Gracias a los estudios con el bagre, cuyos receptores odoríferos resultaron ser muy similares a los de las ratas, Axel y sus asociados, pronto concluyeron que una neurona olfatoria determinada puede producir sólo uno o unos pocos receptores odoríferos. (Buck y sus colegas han llegado a la misma conclusión a partir de su trabajo con ratones).
El próximo paso era averiguar cómo estos receptores odoríferos-y las neuronas que los producen-están distribuidos en la nariz. Además, ¿con qué partes del cerebro se conectan estas neuronas?
"Queríamos aprender la naturaleza del código olfatorio", dice Axel. "¿Las neuronas que responden al jazmín transmiten a una estación diferente, presente en el cerebro, que aquellas que responden a la albahaca?" Si ése es el caso, sugirió, el cerebro quizás dependa de la posición de las neuronas activadas para definir la calidad de los olores.
Cada neurona olfatoria presente en la nariz tiene una fibra larga, o axón, que se mete a través de una apertura diminuta en el hueso que se encuentra encima de él, la lámina cribosa del etmoides, para hacer una conexión, o sinapsis, con otras neuronas. Esta sinapsis forma, en realidad, el bulbo olfatorio, que es una parte del cerebro. El bulbo olfatorio, una estructura redonda como una perilla, es bastante grande en animales con un sentido agudo del olfato, pero disminuye su tamaño relativo cuando esta habilidad decrece.
De esta manera, los sabuesos, que pueden seguir el olor del rastro de una persona por largas distancias y sobre terreno variado, tienen bulbos olfatorios más grandes que los de los humanos, aunque los humanos tienen el doble del tamaño total de estos perros.
Los grupos de Axel y Buck encontraron, en el epitelio olfatorio de la nariz, que las neuronas que producen un determinado receptor odorífero, no se agrupan; en cambio, estas neuronas se distribuyen al azar dentro de ciertas regiones extensas del epitelio, llamadas zonas de expresión, las cuales son simétricas en los dos lados de las cavidades nasales de los animales.
Sin embargo, una vez que los axones llegan al bulbo olfatorio, se reordenan de forma tal que aquellos que expresan el mismo receptor convergen en el mismo lugar en el bulbo olfatorio. El resultado es un mapa espacial, altamente organizado, de información derivada de diferentes receptores.
"El cerebro dice esencialmente algo como estoy viendo la actividad en posiciones 1, 15 y 54 del bulbo olfatorio, que corresponden a los receptores odoríferos 1, 15 y 54, por lo tanto eso deber ser jazmín", sugiere Axel. La mayoría de los olores se componen de mezclas de moléculas de sustancias odoríferas. Por lo tanto, otros olores serían identificados por combinaciones diferentes.
Sorprendentemente, el mapa espacial es idéntico en los bulbos olfatorios de todos los ratones que fueron examinados, dice Buck. Como ella indica, esta información proporcionó la clave para resolver un antiguo enigma.
El misterio del olfato:
La memoria de los olores
Los científicos se han preguntado por mucho tiempo cómo logramos recordar los olores a pesar de que cada neurona olfatoria, presente en el epitelio, sólo sobrevive aproximadamente 60 días, siendo reemplazada por una célula nueva. En la mayor parte del cuerpo, las neuronas mueren sin ningún sucesor. Pero a medida que las neuronas olfatorias mueren, una capa de células troncales ubicadas debajo de ellas, generan constantemente nuevas neuronas olfatorias para mantener un suministro constante.
"El misterio era, ¿cómo logramos recordar los olores cuando estas neuronas se están reciclando constantemente y el nuevo lote tiene que formar sinapsis nuevas?", dice Buck. "Ahora sabemos la respuesta: las memorias sobreviven porque los axones de las neuronas que expresan el mismo receptor siempre van al mismo lugar".
Y, entonces, algunas etapas del olfato comienzan a rendirse ante los investigadores. Pero muchos misterios perduran. Por ejemplo, ¿qué le sucede a la información, acerca de los olores, después de que ha conseguido llegar desde el bulbo olfatorio hasta la corteza olfatoria? ¿Cómo es procesada allí? ¿Cómo llega a los centros superiores del cerebro, en los cuales se vincula la información acerca de los olores con el comportamiento?
Algunos investigadores creen que tales preguntas pueden ser mejor contestadas estudiando a la salamandra. La cavidad nasal de esta criatura, de tipo lagartija, es un saco aplastado. "Uno la puede abrir más o menos como a un libro" para examinar cómo las neuronas olfatorias responden a los olores, dice John Kauer, un neurocientífico en la Facultad de Medicina de Tufts y en el Centro Médico de Nueva Inglaterra en Boston, en Massachusetts, quien ha estado trabajando en el olfato desde mediados de los 70.
Las salamandras harán posible el análisis del sistema olfatorio completo, desde los receptores odoríferos hasta las células presentes en el bulbo olfatorio, en niveles superiores del cerebro; e incluso el análisis de la conducta, piensa Kauer. Su grupo de investigación ya ha entrenado a salamandras para cambiar su piel-que es el tipo de respuesta conductual que se mide en las pruebas de los detectores de mentira-cuando ellos perciben cierto olor.
Para estudiar el sistema entero de un modo no invasivo, Kauer utiliza una serie de fotodetectores que registran al mismo tiempo, desde muchos sitios. Aplica tintes especiales que revelan los cambios de voltaje en las membranas de las células. Luego, enciende una cámara que proporciona una imagen de la actividad en muchas partes del sistema.
"Pensamos que esta grabación óptica nos dará un panorama global de lo que hacen todos los componentes, cuando operan juntos", dice Kauer. Espera que "quizá en 10 ó 20 años en el futuro, seamos capaces de hacer una descripción muy cuidadosa de cada paso del proceso".
Esto sería un progreso asombroso para un sistema sensorial, que estaba virtualmente inexplorado hace cinco años. Los descubrimientos de Axel y Buck han estimulado el estudio del olfato, y ahora los científicos se congregan en este campo, resurgido ante la posibilidad de, finalmente, lograr resolver sus misterios.
Stephen D., un estudiante de medicina de 22 años, luego de que una noche tomó una mezcla de drogas que alteran la mente, soñó que se había transformado en un perro y que estaba rodeado por olores extremadamente ricos. El sueño pareció continuar cuando se despertó; repentinamente, su mundo se había llenado de olores acres.
Mientras iba al hospital esa mañana, "Olía como un perro. Y oliendo de esa manera, reconocí a los veinte pacientes que estaban ahí, antes de verlos", le contó más tarde al neurólogo Oliver Sacks.
"Cada uno tiene su propio olor particular", le dijo, "mucho más vívido y evocativo que cualquier expresión de su cara". El también podía reconocer las calles y los negocios locales por su olor. Algunos olores le brindaban placer y otros le disgustaban, pero todos eran tan penetrantes que le resultaba muy difícil pensar en cualquier otra cosa.
Los extraños síntomas desaparecieron luego de unas pocas semanas. Stephen D. estaba enormemente aliviado de volver a ser normal, pero "también sintió una tremenda pérdida", informó Sacks en su libro "El hombre que confundió a su mujer por un sombrero y otros cuentos clínicos". Años más tarde, convertido en un exitoso médico, Stephen D. todavía recordaba "ese mundo oloroso-¡tan vívido, tan real! Era como una visita a otro mundo, un mundo de percepción pura, rica, viva, autosuficiente y llena...Ahora me doy cuenta a lo que hemos renunciado siendo civilizados y humanos".
El ser civilizados y humanos significa, por un lado, que nuestras vidas no están guiadas por nuestros olores. El comportamiento social de la mayoría de los animales está controlado por los olores y otras señales químicas. Los perros y los ratones dependen de los olores para localizar su comida, para reconocer caminos y territorios, para identificar parientes, para encontrar una compañera receptiva. Los insectos sociales, tales como las hormigas, envían y reciben intrincadas señales químicas que les indican, con precisión, hacia dónde dirigirse y cómo comportarse durante todos los momentos del día.
Pero los humanos "ven" al mundo fundamentalmente por medio de los ojos y de los oídos. No le prestamos atención al sentido del olor, y a menudo suprimimos la consciencia sobre lo que nos dice la nariz. A muchos de nosotros nos han enseñado que hay algo vergonzoso acerca de los olores.
No obstante, las madres pueden reconocer a sus bebés por el olor, y los recién nacidos reconocen a sus madres de la misma manera. Los olores que nos rodean afectan nuestra comodidad, a lo largo de nuestras vidas.
Los olores conservan, también, un poder extraño para afectarnos. Una bocanada de tabaco de una pipa, un determinado perfume o una fragancia olvidada por mucho tiempo, pueden evocar instantáneamente escenas y emociones del pasado. Muchos escritores y artistas se han maravillado ante la calidad persistente de tales memorias.
En "En busca del tiempo perdido", el novelista francés Marcel Proust describió lo que le aconteció después de beber una cucharada de té, en el que había remojado un pedazo de magdalena, que es un tipo de bizcocho: "apenas había tocado mi paladar el tibio líquido mezclado con las migas, un estremecimiento recorrió todo mi cuerpo y me detuve, atento al extraordinario fenómeno que me estaba sucediendo", escribió. "Un exquisito placer había invadido mis sentidos...sin sugerir su origen..."
"Repentinamente el recuerdo se reveló a sí mismo. El sabor era el de un pequeño pedazo de magdalena, que en las mañanas de domingo...solía darme mi tía Leona, sumergiéndolo primero en su propia taza de té....Inmediatamente la antigua casa gris sobre la calle, donde estaba su habitación, se elevó como un decorado...y el pueblo entero, con su gente y sus casas, sus jardines, su iglesia y sus alrededores, fue tomando forma y solidez, cobró vida desde mi taza de té".
El sólo ver la magdalena no había devuelto estas memorias, notó Proust. Tuvo que probarla y olerla. "Cuando nada más subsiste del pasado," escribió, "después que la gente ha muerto, después que las cosas se han roto y desparramado...el perfume y el sabor de las cosas permanecen en equilibrio mucho tiempo, como almas...resistiendo tenazmente, en pequeñas y casi impalpables gotas de su esencia, el inmenso edificio de la memoria".
Proust se refería tanto al sabor como al olor; y hacía bien en hacerlo, porque la mayor parte del sabor de los alimentos proviene de su aroma, que va flotando hacia arriba por las fosas nasales hasta alcanzar las células presentes en la nariz, y también llega a estas células, a través de un corredor que se encuentra en la parte trasera de la boca.
Nuestros botones gustativos sólo nos proporcionan cuatro sensaciones claras: dulce, salado, agrio y amargo. Los otros sabores provienen del olfato, y cuando la nariz es bloqueada por un resfriado, la mayoría de los alimentos parecen suaves o insípidos.
Tanto el olor como el sabor requieren que incorporemos-inhalando o tragando-las substancias químicas que realmente se unen a los receptores presentes en nuestras células sensoriales. En etapas tempranas en la evolución, los dos sentidos tuvieron el mismo precursor, un sentido químico común, que le posibilitó a las bacterias y a otro tipo de organismos unicelulares, localizar los alimentos o estar prevenidos de substancias perjudiciales.
Cómo percibimos tales substancias químicas como si fueran olores es un misterio que, hasta hace poco, derrotaba a la mayoría de las tentativas para resolverlo. Estudios anatómicos mostraron que las señales de las células olfatorias presentes en la nariz, alcanzan el área olfatoria de la corteza después de sólo un único relevo en el bulbo olfatorio. La corteza olfatoria, en cambio, se conecta directamente con una estructura fundamental llamada hipotálamo, que controla la conducta sexual y maternal.
Cuando los científicos trataron de explorar los detalles de este sistema, sin embargo, se golpearon con una pared en blanco. Ninguno de los métodos, que habían probado ser fructíferos en el estudio de la visión, parecía funcionar.
Para empeorar las cosas, era muy poco lo que se sabía acerca de las substancias a las cuales el sistema olfatorio responde. Se dice que el humano promedio puede reconocer hasta 10.000 olores por separado. Estamos rodeados por moléculas odoríferas que proceden de los árboles, las flores, la tierra, los animales, el alimento, la actividad industrial, la descomposición bacteriana, otros humanos. No obstante, cuando queremos describir estos innumerables olores, a menudo recurrimos a las analogías crudas: algo huele como una rosa, como el sudor o como el amoníaco.
Nuestra cultura coloca al olfato en tal bajo valor que nunca hemos desarrollado un vocabulario apropiado para describirlo. En "Una historia natural de los sentidos", la poeta Diane Ackerman nota que es casi imposible explicar cómo huele algo, a alguien que no lo ha olido. Existen los nombres para toda una gama de matices de colores, escribe. Pero ninguno para los tonos y los tintes de un olor.
Los olores tampoco pueden ser medidos usando la clase de escala lineal que los científicos solían usar para medir la longitud de onda de la luz o la frecuencia de sonidos.
"Sería lindo si un olor correspondiera a una longitud de onda corta y otro a una longitud de onda larga, tal como una rosa versus un zorrino, y si uno pudiera colocar a cada olor en esta escala lineal", dice Randall Reed, un investigador del HHMI en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, quien ha estado interesado en el olfato por mucho tiempo. "Pero no existe una la escala del olor", dado que las moléculas odoríferas varían extensamente en su composición química y en su estructura tridimensional.
Para averiguar cómo estas moléculas odoríferas diversas, provocan nuestra percepción, los investigadores tenían que examinar a las células olfatorias e identificar las proteínas de los receptores que, en realidad, se unen con las sustancias odoríferas.
El misterio del olfato:
Encontrando los receptores odoríferos
"Pensamos que olemos con la nariz, pero esto es como decir que oímos con el lóbulo de la oreja", escribe Gordon Sheperd, profesor de neurociencia, en la Universidad de Yale. "De hecho, la parte de la nariz que podemos ver desde el exterior sirve sólo para recibir y encauzar el aire que contiene a las moléculas odoríferas". Las neuronas que perciben estas moléculas, se encuentran en la profundidad de la cavidad nasal, en una porción de células llamada el epitelio olfatorio.
Encaramado detrás de un tipo de curva cerrada, en el techo de la cavidad nasal, se encuentra el epitelio olfatorio, que sólo mide unos pocos centímetros cuadrados. Contiene unos 5 millones de neuronas olfatorias, además de sus células de sostén y de las células troncales. En realidad, existen dos de tales porciones-una en cada lado de la nariz-que se encuentran en una línea horizontal, justo debajo del nivel de los ojos.
Cada neurona olfatoria, presente en el epitelio, está cubierta con por lo menos 10 cilios que se proyectan hacia un baño de mucus fino, que se encuentra en la superficie celular. Los científicos estaban convencidos de que en algún lugar en estos cilios, debían haber proteínas receptoras que reconocían y unían a las moléculas odoríferas, con lo cual estimularían a la célula para enviar las señales al cerebro.
Las proteínas receptoras serían la clave para contestar dos preguntas básicas acerca del olfato, explica Richard Axel, un investigador del HHMI, en la Universidad de Columbia. La primer pregunta es cómo hace el sistema para responder a miles de moléculas de formas y tamaños diferentes, a las que llamamos sustancias odoríferas, "¿usa un número restringido de receptores variados o un gran número de receptores relativamente específicos?". Y la segunda pregunta, ¿cómo utiliza el cerebro a estas respuestas para distinguir entre los olores?
La lista de los descubrimientos que cambiaron totalmente el estudio del olfato resultaron de un nuevo énfasis en la genética. En vez de ir directamente en busca de las proteínas receptoras, Richard Axel y Linda Buck, que era entonces una investigadora postdoctoral en el grupo de Axel, y que actualmente es una investigadora del HHMI, en la Facultad de Medicina de Harvard, buscaron los genes que contenían las instrucciones para las proteínas encontradas sólo en el epitelio olfatorio.
Sus esfuerzos no produjeron nada al principio. "Ahora sabemos por qué nuestros esquemas iniciales fallaron", dice Axel. "Es porque hay un gran número de receptores odoríferos, y cada uno era expresado sólo en un nivel muy bajo".
Finalmente, Buck propuso lo que Axel denomina "una maniobra extremadamente hábil". Ella hizo tres suposiciones que redujeron drásticamente el campo, permitiéndole centrar la puntería en un grupo de genes que parece que codifican para las proteínas receptoras odoríferas.
Su primera suposición-basada en pequeños fragmentos de evidencias de varios laboratorios-era que los receptores odoríferos se parecen mucho a la rodopsina, la proteína receptora presentes en las células de tipo bastón del ojo. La rodopsina y, por lo menos otras 40 proteínas receptoras, cruzan la superficie celular siete veces, lo que les da una forma característica, semejante a la de una serpiente. También funcionan de manera semejante, al interactuar con proteínas G para transmitir las señales al interior de la célula. Debido a que muchos receptores de este tipo comparten ciertas secuencias de ADN, Buck diseñó sondas que reconocerían a estas secuencias, en un grupo de ADN de rata.
A continuación, ella asumió que los receptores odoríferos eran miembros de una gran familia de proteínas relacionadas. Por consiguiente, buscó grupos de genes que tuvieran ciertas similitudes. En tercer lugar, los genes tenían que ser expresados sólo en el epitelio olfatorio de rata.
"Si hubiéramos empleado sólo uno de estos criterios, habríamos tenido que seleccionar entre miles de otros genes", dice Axel. "Esto nos ahorró varios años de una labor monótona".
Buck recuerda que "había tratado tantas cosas y había estado trabajando tan arduamente durante años, sin obtener ningún beneficio. ¡Así que cuando, finalmente, encontré los genes en 1991, no lo podía creer! Ninguno de ellos había sido visto antes. Eran todos diferentes, pero todos estaban relacionados entre sí. Eso era muy satisfactorio".
El descubrimiento hizo posible el estudio del sentido del olfato por medio de las técnicas de biología molecular y celular moderna, y la investigación de cómo el cerebro distingue entre los olores.
También le permitió a los investigadores "sacar" los genes para proteínas receptoras semejantes en otras especies, al buscar en librerías de ADN de estas especies. Los receptores odoríferos de humanos, ratones, bagres, perros y salamandras se han identificado de esta manera.
El descubrimiento más asombroso del equipo fue encontrar que existan tantos receptores odoríferos. Los 100 genes diferentes, que los investigadores identificaron primero, eran apenas la punta del iceberg. Ahora parece que hay entre 500 y 1.000 proteínas receptoras diferentes, presentes en las neuronas olfatorias de rata y ratón, y probablemente en neuronas humanas.
"Esos son realmente muchos genes", dice Axel. "¡Es el 1 por ciento del genoma! Esto significa que, por lo menos en la rata, 1 de cada 100 genes probablemente se ocupe de la detección de los olores". Este número asombroso de genes refleja la importancia crucial del olfato para los animales.
El misterio del olfato:
El modo en que las ratas, los ratones y, probablemente, los humanos reconocen los olores
Por grande que el número de receptores pueda ser, probablemente sea más pequeño que la cantidad de olores que podemos reconocer.
"Muy probablemente, el número de sustancias odoríferas excede por lejos al número de proteínas receptoras, en una proporción de al menos 10 a 1", dice Axel. "En ese caso, ¿cómo sabe el cerebro lo que la nariz está oliendo?"
El sistema visual necesita sólo tres clases de receptores para distinguir entre todos los colores que podemos percibir, indica Axel. Todos estos receptores responden al mismo elemento, la luz. La luz de longitudes de onda diferentes, hace que las tres clases de receptores reaccionen con una intensidad diferente, y entonces el cerebro compara las señales de estos receptores para determinar el color. Pero el sistema olfatorio debe usar una estrategia diferente al tratar con la amplia variedad de moléculas que producen los olores.
Para resolver esta estrategia, Axel comenzó preguntando cuántas clases de proteínas receptoras se producen en una sola neurona olfatoria. "Si una neurona individual expresa sólo un número pequeño de receptores, o un solo receptor, entonces el problema de determinar qué receptores se han activado, se reduce a determinar qué neuronas han sido activadas", dice.
Él pensó que podría avanzar más rápidamente trabajando con organismos más sencillos que las ratas. Así que se puso a trabajar en peces, que responden a menos olores y que probablemente tenían menos receptores.
Gracias a los estudios con el bagre, cuyos receptores odoríferos resultaron ser muy similares a los de las ratas, Axel y sus asociados, pronto concluyeron que una neurona olfatoria determinada puede producir sólo uno o unos pocos receptores odoríferos. (Buck y sus colegas han llegado a la misma conclusión a partir de su trabajo con ratones).
El próximo paso era averiguar cómo estos receptores odoríferos-y las neuronas que los producen-están distribuidos en la nariz. Además, ¿con qué partes del cerebro se conectan estas neuronas?
"Queríamos aprender la naturaleza del código olfatorio", dice Axel. "¿Las neuronas que responden al jazmín transmiten a una estación diferente, presente en el cerebro, que aquellas que responden a la albahaca?" Si ése es el caso, sugirió, el cerebro quizás dependa de la posición de las neuronas activadas para definir la calidad de los olores.
Cada neurona olfatoria presente en la nariz tiene una fibra larga, o axón, que se mete a través de una apertura diminuta en el hueso que se encuentra encima de él, la lámina cribosa del etmoides, para hacer una conexión, o sinapsis, con otras neuronas. Esta sinapsis forma, en realidad, el bulbo olfatorio, que es una parte del cerebro. El bulbo olfatorio, una estructura redonda como una perilla, es bastante grande en animales con un sentido agudo del olfato, pero disminuye su tamaño relativo cuando esta habilidad decrece.
De esta manera, los sabuesos, que pueden seguir el olor del rastro de una persona por largas distancias y sobre terreno variado, tienen bulbos olfatorios más grandes que los de los humanos, aunque los humanos tienen el doble del tamaño total de estos perros.
Los grupos de Axel y Buck encontraron, en el epitelio olfatorio de la nariz, que las neuronas que producen un determinado receptor odorífero, no se agrupan; en cambio, estas neuronas se distribuyen al azar dentro de ciertas regiones extensas del epitelio, llamadas zonas de expresión, las cuales son simétricas en los dos lados de las cavidades nasales de los animales.
Sin embargo, una vez que los axones llegan al bulbo olfatorio, se reordenan de forma tal que aquellos que expresan el mismo receptor convergen en el mismo lugar en el bulbo olfatorio. El resultado es un mapa espacial, altamente organizado, de información derivada de diferentes receptores.
"El cerebro dice esencialmente algo como estoy viendo la actividad en posiciones 1, 15 y 54 del bulbo olfatorio, que corresponden a los receptores odoríferos 1, 15 y 54, por lo tanto eso deber ser jazmín", sugiere Axel. La mayoría de los olores se componen de mezclas de moléculas de sustancias odoríferas. Por lo tanto, otros olores serían identificados por combinaciones diferentes.
Sorprendentemente, el mapa espacial es idéntico en los bulbos olfatorios de todos los ratones que fueron examinados, dice Buck. Como ella indica, esta información proporcionó la clave para resolver un antiguo enigma.
El misterio del olfato:
La memoria de los olores
Los científicos se han preguntado por mucho tiempo cómo logramos recordar los olores a pesar de que cada neurona olfatoria, presente en el epitelio, sólo sobrevive aproximadamente 60 días, siendo reemplazada por una célula nueva. En la mayor parte del cuerpo, las neuronas mueren sin ningún sucesor. Pero a medida que las neuronas olfatorias mueren, una capa de células troncales ubicadas debajo de ellas, generan constantemente nuevas neuronas olfatorias para mantener un suministro constante.
"El misterio era, ¿cómo logramos recordar los olores cuando estas neuronas se están reciclando constantemente y el nuevo lote tiene que formar sinapsis nuevas?", dice Buck. "Ahora sabemos la respuesta: las memorias sobreviven porque los axones de las neuronas que expresan el mismo receptor siempre van al mismo lugar".
Y, entonces, algunas etapas del olfato comienzan a rendirse ante los investigadores. Pero muchos misterios perduran. Por ejemplo, ¿qué le sucede a la información, acerca de los olores, después de que ha conseguido llegar desde el bulbo olfatorio hasta la corteza olfatoria? ¿Cómo es procesada allí? ¿Cómo llega a los centros superiores del cerebro, en los cuales se vincula la información acerca de los olores con el comportamiento?
Algunos investigadores creen que tales preguntas pueden ser mejor contestadas estudiando a la salamandra. La cavidad nasal de esta criatura, de tipo lagartija, es un saco aplastado. "Uno la puede abrir más o menos como a un libro" para examinar cómo las neuronas olfatorias responden a los olores, dice John Kauer, un neurocientífico en la Facultad de Medicina de Tufts y en el Centro Médico de Nueva Inglaterra en Boston, en Massachusetts, quien ha estado trabajando en el olfato desde mediados de los 70.
Las salamandras harán posible el análisis del sistema olfatorio completo, desde los receptores odoríferos hasta las células presentes en el bulbo olfatorio, en niveles superiores del cerebro; e incluso el análisis de la conducta, piensa Kauer. Su grupo de investigación ya ha entrenado a salamandras para cambiar su piel-que es el tipo de respuesta conductual que se mide en las pruebas de los detectores de mentira-cuando ellos perciben cierto olor.
Para estudiar el sistema entero de un modo no invasivo, Kauer utiliza una serie de fotodetectores que registran al mismo tiempo, desde muchos sitios. Aplica tintes especiales que revelan los cambios de voltaje en las membranas de las células. Luego, enciende una cámara que proporciona una imagen de la actividad en muchas partes del sistema.
"Pensamos que esta grabación óptica nos dará un panorama global de lo que hacen todos los componentes, cuando operan juntos", dice Kauer. Espera que "quizá en 10 ó 20 años en el futuro, seamos capaces de hacer una descripción muy cuidadosa de cada paso del proceso".
Esto sería un progreso asombroso para un sistema sensorial, que estaba virtualmente inexplorado hace cinco años. Los descubrimientos de Axel y Buck han estimulado el estudio del olfato, y ahora los científicos se congregan en este campo, resurgido ante la posibilidad de, finalmente, lograr resolver sus misterios.
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