راز درک نمک که دانشمندان ۴۰ سال برایش وقت صرف کرده‌اند / شوری بسیار عجیب‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کنید

فرارو- همه ما در مورد پنج طعمی که زبان مان می‌تواند تشخیص دهد زیاد شنیده ایم: شیرین، ترش، تلخ، طعمی خوشایند (که با اصطلاح ژاپنی اومامی به معنای لذیذ شناخته می‌شود) مانند طعم استیک یا پنیر چرب و در نهایت طعم شور. با این وجود، واقعیت آن است که زبان مان می‌تواند شش طعم را تشخیص دهد، زیرا دو ما سیستم مجزا برای شناسایی طعم نمک داریم. یکی از آن سیستم‌ها میزان جذاب و نسبتا اندک نمک که برای مثال به چیپس سیب زمینی طعم می‌بخشد را تشخیص می‌دهد و سیستم دیگر سطح بالای نمک به اندازه‌ای که بیش از حد آزار دهنده است را شناسایی می‌کند.

به گزارش فرارو به نقل از آتلانتیک، این که چگونه جوانه یا پرز‌های چشایی ما این دو نوع شوری را احساس می‌کنند رازی است که برای کشف آن حدود ۴۰ سال تحقیق علمی صورت گرفته و محققان هنوز تمام جزئیات آن را رمزگشایی نکرده اند. در واقع، آنان هر چه بیش‌تر درباره حس چشایی طعم نمک تحقیقات انجام می‌دهند به عجیب‌تر بودن این موضوع بیش‌تر پی می‌برند.

همزمان بر روی بسیار دیگر از سازوکار‌های طعم در دهه‌های اخیر تحقیق صورت گرفته است. برای مثال، در مورد طعم‌های شیرین، تلخ و اومامی مشخص است که گیرنده‌های مولکولی روی سلول‌های جوانه چشایی مولکول‌های غذا را تشخیص می‌دهند و زمانی که فعال می‌شوند مجموعه‌ای از رویداد‌ها را آغاز می‌کنند که در نهایت سیگنال‌هایی را به مغز می‌فرستد. در مورد طعم ترش وضعیت قدری متفاوت است. محققان اخیرا دریافتند که ترش بودن توسط سلول‌های جوانه چشایی که به اسیدیته واکنش نشان می‌دهند شناسایی می‌شود.

دانشمندان در مورد نمک جزئیات زیادی را در مورد گیرنده‌های نمک به میزان کم درک کرده اند، اما در توصیف کامل گیرنده‌های مرتبط با تشخیص نمک بیش از اندازه نتوانسته با سرعت مشابهی جزئیات آن را کشف و تشریح کنند. واقعیت آن است که در مورد طعم نمک می‌توان آن را یکی از بزرگترین شکاف‌ها در علم دانست. همواره قطعات گمشده‌ای در پازل وجود دارند.

درک دوگانه مان از شوری به ما کمک می‌کند تا با به اصطلاح طناب محکمی بین دو سطح سدیم قدم برداریم عنصری که برای عملکرد ماهیچه‌ها و اعصاب بسیار اهمیت دارد، اما مقادیر زیاد آن خطرناک است. بدن برای کنترل سطح شدید نمک میزان سدیمی را که از ادرار خارج می‌کند تحت کنترل قرار می‌دهد و میزان ورود آن از طریق دهان را کنترل می‌کند. "استفن روپر" عصب شناس در دانشکده پزشکی لئونارد م. میلر در ناحیه بهداشتی میامی می‌گوید: "این اصل گلدیلاکس* است شما زیاد نمی‌خواهید شما خیلی کم نیز نمی‌خواهید شما صرفا مقدار مناسبی می‌خواهید".

اگر حیوانی بیش از اندازه نمک مصرف کند بدن آن حیوان سعی می‌کند تا آب را جبران کند تا خون بیش از اندازه شور نشود. در بسیاری از انسان‌ها این حجم مایع اضافی باعث افزایش فشار خون می‌شود. مایع اضافی بر شریان‌ها فشار وارد می‌کند و با گذشت زمان این امر می‌تواند به آنان آسیب برساند و خطر بیماری قلبی یا سکته مغزی را افزایش دهد.

با این وجود، مقداری نمک برای سیستم‌های مختلف برای مثال، به منظور انتقال سیگنال‌های الکتریکی که زیربنای افکار و احساسات هستند ضروری است. پیامد‌های مصرف بسیار اندک نمک شامل گرفتگی عضلات و حالت تهوع است. به همین خاطر است که ورزشکاران نوشیدنی‌هایی را می‌نوشند تا جایگزین نمک از دست رفته در عرق شود و اگر زمان کافی بگذرد کمبود نمک باعث مرگ می‌شود.

دانشمندان در جستجوی گیرنده‌های طعم نمک پیش‌تر می‌دانستند که بدن مان دارای پروتئین‌های خاصی است که به عنوان کانال‌هایی عمل می‌کنند تا سدیم از غشای عصبی عبور کرده تا تکانه‌های عصبی ارسال کند. با این وجود، آنان استدلال کردند که سلول‌های دهان مان باید راه دیگری برای پاسخ به سدیم موجود در غذا داشته باشند.

یک سرنخ کلیدی برای درک این سازوکار در دهه ۱۹۸۰ میلادی کشف شد زمانی که دانشمندان دارویی را مورد آزمایش قرار دارند که مانع از ورود سدیم به سلول‌های کلیه می‌شد. این دارو زمانی که روی زبان موش‌ها استفاده شد توانایی آنان را در تشخیص محرک‌های شور مختل کرده بود و به نظر می‌رسید کلیه از مولکولی به نام ENaC برای مکیدن سدیم اضافی از خون و کمک به حفظ سطح مناسب نمک خون استفاده می‌کنند. این یافته نشان داد که سلول‌های جوانه چشایی حس کننده نمک از ENaC نیز استفاده می‌کنند.

دانشمندان برای اثبات این موضوع موش‌هایی را مهندسی کردند که فاقد کانال ENaC در جوانه چشایی خود بودند. دانشمندان در سال ۲۰۱۰ گزارش دادند که این موش‌ها ترجیح طبیعی خود را برای محلول‌های نمکی خفیف از دست دادند و تأیید کردند که ENaC در واقع گیرنده نمک خوبی محسوب می‌شود. با این وجود، دانشمندان برای درک واقعی چگونگی عملکرد طعم خوب نمک باید بدانند که چگونه ورود سدیم به جوانه‌های چشایی به یک "اوه، شور است"! ترجمه می‌شود.

"نیکلاس ریبا" زیست شناس در موسسه ملی تحقیقات دندانپزشکی در بتسدا در مریلند که بر روی ارتباط ENaC با طعم نمک کار کرده می‌گوید: "این چیزی است که به مغز ارسال می‌شود و اهمیت دارد". دانشمندان برای درک این انتقال سیگنال باید بفهمند که سیگنال از کجا در دهان آغاز می‌شود. پاسخ ممکن است واضح به نظر برسد: سیگنال از مجموعه خاصی از سلول‌های جوانه چشایی که حاوی ENaC هستند و به سطوح خوشمزه سدیم حساس می‌باشند آغاز می‌شود. با این وجود، یافتن این سلول‌ها کار ساده‌ای نبود.

به نظر می‌رسد ENaC از سه قطعه مختلف تشکیل شده و اگرچه قطعه‌های جداگانه در مکان‌های مختلفی در دهان یافت می‌شوند دانشمندان برای یافتن سلول‌های حاوی هر سه قطعه دچار مشکل بودند. تیمی به رهبری "آکیوکی تارونو" فیزیولوژیست در دانشگاه پزشکی کیوتو در ژاپن در سال ۲۰۲۰ میلادی گزارش دادند که سرانجام سلول‌های مزه سدیم را شناسایی کردند.

محققان با این فرض آغاز کردند که سلول‌های حساس به سدیم سیگنال الکتریکی را در صورت وجود نمک جرقه می‌زنند، اما اگر مسدود کننده ENaC نیز وجود داشته باشد وضعیت این گونه نخواهد بود. آنان دقیقا چنین جمعیتی از سلول‌ها را در داخل جوانه‌های چشایی جدا شده از یک قسمت از زبان موش پیدا کردند و مشخص شد که این سلول‌ها هر سه جزء کانال سدیم ENaC را می‌سازند.

بنابراین، دانشمندان اکنون می‌توانند توضیح دهند که حیوانات در کجا و چگونه سطوح مطلوب نمک را درک می‌کنند. زمانی که یون‌های سدیم کافی در خارج از سلول‌های کلیدی جوانه چشایی در ناحیه میانی زبان وجود داشته باشند یون‌ها می‌توانند با استفاده از دروازه سه بخشی ENaC وارد این سلول‌ها شوند. این عملکرد باعث تعادل مجدد غلظت سدیم در داخل و خارج سلول می‌شود. با این وجود، سطوح بار‌های مثبت و منفی را نیز در سراسر غشای سلول توزیع می‌کند. این تغییر یک سیگنال الکتریکی را در داخل سلول فعال می‌کند. سپس سلول جوانه چشایی پیام "اوم! شور است"! را به سمت مغز ارسال می‌کند. با این وجود، کارکرد سیستم "نمک آن زیاد است"! را توضیح نمی‌دهد و معمولا زمانی که چیزی را می‌چشیم که بیش از دو برابر خون ما نمک دارد داستان کم‌تر روشن است.

نتیجه برخی تحقیقات نشان می‌دهند که جزء دیگر نمک خوراکی یعنی کلرید ممکن است در این میان نقش آفرین کلیدی باشد. ساختار شیمیایی نمک کلرید سدیم است اگرچه وقتی در آب حل می‌شود به یون‌های سدیم با بار مثبت و یون‌های کلرید با بار منفی جدا می‌شود. در جریان مطالعه‌ای صورت گرفته کلرید سدیم شورترین احساس مرتبط با وجود نمک بیش از حد را در موش ایجاد کرد. سدیم همراه با شرکای بزرگتر و چند اتمی طعم نمک کم تری داشت. این نشان می‌دهد که شریک سدیم ممکن است نقش مهمی در احساس شوری زیاد داشته باشد. با این وجود، روپر می‌گوید در این باره که کلرید چگونه می‌تواند طعم شوری زیاد را ایجاد کند هیچ سرنخی وجود ندارد.

در یکی از تحقیقات انجام شده توسط "رایبا" و همکاران اش در سال ۲۰۱۳ میلادی آنان گزارش دادند که روغن خردل سیگنال نمک زیاد را در زبان موش کاهش می‌دهد. به طرز عجیبی همان ترکیب روغن خردل تقریبا واکنش زبان به طعم تلخ را از بین برده بود گویی که سیستم حسگر شوری زیاد با سیستم حسگر تلخی در ارتباط بود. موضوع جایی عجیب‌تر شد که به نظر می‌رسید سلول‌های مزه ترش نیز به سطوح بالای نمک بیش از اندازه پاسخ می‌دادند. موش‌هایی که فاقد سیستم مزه تلخ یا ترش بودند، کمتر با آب بسیار شور مواجه شدند و موش‌هایی که فاقد هر دو سیستم بودند با خوشحالی مواد شور را می‌خوردند.

البته تمام دانشمندان متقاعد نشده‌اند. با این وجود، یافته‌ها در صورت تایید یک پرسش جالب توجه را مطرح می‌نمایند: چرا مواد بسیار شور طعم تلخ و ترش را نیز ندارند؟ "مایکل گوردون" عصب شناس در دانشگاه بریتیش کلمبیا در ونکوور می‌گوید:"ممکن است این بدان خاطر باشد که مزه بسیار شور مجموع سیگنال‌های متعدد و نه صرفا یک ورودی است". علیرغم شواهد به دست آمده از روغن خردل تلاش‌ها برای یافتن مولکول گیرنده مسئول احساس نمک زیاد تاکنون بی نتیجه بوده اند. یک تیم پژوهش ژاپنی در سال ۲۰۲۱ میلادی گزارش داده بود که سلول‌های حاوی TMC۴ یک کانال مولکولی که به یون‌های کلرید اجازه ورود به سلول‌ها را می‌دهد می‌توانند در پاسخ‌های مرتبط با وجود نمک زیاد نقش داشته باشند.

با این وجود، زمانی که محققان موش‌هایی را بدون کانال TMC۴ در هر جایی از بدن شان مهندسی کردند تفاوت زیادی با بیزاری موش‌ها از آب بسیار شور نداشت.

"گوردون" می‌گوید: "در مرحله فعلی هیچ پاسخ قطعی‌ای وجود ندارد". به عنوان یک عارضه دیگر هیچ راهی برای کسب اطمینان از آن که موش‌ها طعم شور را دقیقا به روش مشابه انسان‌ها درک می‌کنند وجود ندارد. گوردون می‌گوید: "دانش ما از طعم نمک در انسان در واقع بسیار محدود است. انسان‌ها مطمئنا می‌توانند سطوح مطلوب و اندک نمک را از حس شدید شوری و نمک زیاد تشخیص دهند و به نظر می‌رسد همان گیرنده ENaC که توسط موش‌ها استفاده می‌شود در مورد انسان‌ها نیز دخیل باشد".

با این وجود، مطالعات بر روی افرادی که از مسدود کننده کانال سدیم ENaC استفاده می‌کنند به طور گیج کننده‌ای متفاوت است چرا که گاهی اوقات به نظر می‌رسد طعم نمک را کاهش می‌دهد و گاهی اوقات به نظر می‌رسد آن را تقویت می‌کند.

توضیح احتمالی این واقعیت آن است که افراد دارای چهارمین زیرواحد اضافی ENaC به نام زیرواحد دلتا هستند که می‌تواند جای یکی از قطعات دیگر را بگیرد و شاید نسخه‌ای از کانال را بسازد که حساسیت کمتری نسبت به مسدود کننده ENaC دارد.

چهل سال پس از بررسی طعم نمک محققان هنوز با پرسش‌هایی در مورد چگونگی درک زبان افراد از نمک و آن که چگونه مغز آن احساسات را به مقادیر "کافی" در مقابل "بیش از حد" دسته بندی می‌کند باقی مانده است. این چیزی فراتر از ارضای یک کنجکاوی علمی است: با توجه به خطرات قلبی عروقی که رژیم غذایی پر نمک برای برخی از ما به همراه دارد درک این فرآیند بسیار مهم است.

محققان حتی رویای یافتن جایگزین‌های بهتر نمک یا تقویت‌کننده‌هایی را در سر می‌پرورانند که بدون وجود خطرات برای سلامتی مزه شوری مشابه نمک را ایجاد کنند. با این وجود، واضح است که آنان پیش از آن که چیزی را اختراع کنند که بتوانیم آن را در بشقاب شام خود بپاشیم کار بیش تری برای انجام دادن دارند.

* اصل مقدار درست بر اساس داستان کودکانه گلدیلاکس و سه خرس نامگذاری شده است که در آن یک دختر کوچک به نام گلدیلاکس (موطلایی) سه کاسه فرنی را مزه مزه می‌کند و می‌گوید که فرنی‌ای را ترجیح می‌دهد که نه خیلی داغ باشد و نه خیلی سرد بلکه درجه حرارت مناسب را داشته باشد.