Pensándolo bien...

El interrogante a qué huelen las moléculas permanece en el tiempo. En términos evolutivos, el olfato es uno de los primeros sentidos que surgieron en los organismos vivos. Incluso los organismos unicelulares pueden detectar y responder a señales químicas en su entorno, lo que es una forma primitiva de olfato. En los animales más complejos, el olfato ha jugado un papel crucial en la supervivencia, permitiendo la detección de alimentos, depredadores y potenciales peligros. En los mamíferos, el sistema olfativo se desarrolla temprano durante la gestación, lo que subraya su importancia fundamental. Los fetos humanos ya pueden detectar olores en el líquido amniótico.

A diferencia de otros sentidos como la vista o el oído, que requieren múltiples etapas de procesamiento antes de llegar a la corteza cerebral, el olfato tiene una ruta más directa. Las moléculas odoríferas se disuelven en el moco de la cavidad nasal y se unen a los receptores olfativos en las neuronas sensoriales. Estas señales son transmitidas directamente al bulbo olfatorio y luego a áreas del cerebro como la corteza olfativa y el sistema límbico, que están involucradas en la emoción y la memoria. El sistema límbico, que incluye la amígdala y el hipocampo, es una de las regiones cerebrales más primitivas y está fuertemente implicada en la regulación de las emociones y la formación de recuerdos. La conexión directa entre el olfato y el sistema límbico explica por qué los olores pueden evocar recuerdos y emociones intensas de manera tan inmediata y vívida. Debido a esta conexión directa, la reacción a los olores puede ser casi instantánea, lo que ha sido crucial para la supervivencia. Detectar rápidamente el olor de humo, por ejemplo, puede alertar a una persona de un incendio inminente.

Una vez conocida la existencia de las moléculas y la importancia de los procesos químicos, surge el interrogante de cómo tiene lugar el proceso de la olfacción y cuáles son las relaciones causa efecto que justifican la percepción olfatoria. Han sido muchas las aproximaciones teóricas al proceso de la olfacción, aunque sin evidencias satisfactorias, sino más bien propuestas parciales que no han sido capaces de sostener un modelo razonable del proceso que sustentan.

Con motivo de la incorporación de tecnología en este ámbito, se han tenido que desarrollar grandes esfuerzos para construir una nariz digital razonable, lo que exige un modelo de olfacción que lo sostenga. Una conclusión si han aportado en relación con que la percepción de olores es un reflejo, tanto de la estructura de las moléculas aromáticas como de los procesos metabólicos que las producen. Por el camino, ha habido que superar la atribución que se mantuvo durante mucho tiempo en que el olor se atribuía exclusivamente a la estructura de las moléculas. Con motivo de tener que articular el aprendizaje automático ha habido necesidad imperiosa de calcular el olor de una molécula que se supuso que dependía de su estructura. Al igual que ocurre con la propia Inteligencia Artificial, hay que desentrañar como olfateamos, del mismo modo que la IA tiene que desentrañar como aprendemos. A partir de los trabajos en IA sobre la nariz digital, se concluyó en la adquisición de nuevos conocimientos sobre cómo funciona el sentido del olfato, descubriendo que existe un orden oculto en cómo se corresponden nuestras percepciones con la química del mundo viviente.

El proceso de la olfacción es muy complejo. Sabemos que los aromas están compuestos por una infinidad de moléculas volátiles. Un aceite esencial, por ejemplo, de limón registra en la cromatografía de gases una cantidad que supera los quinientos compuestos químicos. No cabe duda de que es este número de compuestos volátiles los que alcanzan los receptores olfativos y de esta complejidad es de donde nuestro cerebro por un mecanismo desconocido, confección la percepción global de que se trata de limón. Disponemos de unos cuatrocientos receptores para detectar componentes químicos del entorno que nos rodea y no todos interaccionan con todas las moléculas que llegan a interaccionar con ellos. Hay todo un mundo desconocido en la percepción cuando se trata de analizar las fragancias y clasificar la percepción como agradable o desagradable, dulce o ácido, etc.

En 2015 hubo una colaboración a escala mundial de equipos informáticos, propiciada por IBM (desafío DREAM 2015), que abordaron la construcción de modelos para predecir el olor de una molécula a partir de su estructura. Como se concluye en la propia iniciativa, “pero ni siquiera los mejores modelos podían explicarlo todo. A lo largo de los datos había casos molestos e irregulares que resistían la predicción. A veces, pequeños ajustes en la estructura química de una molécula producían un olor totalmente nuevo. Otras veces, cambios estructurales importantes apenas cambiaron el olor.”

El neurocientífico olfativo del Brain Team de Google Research, Wiltschko y sus colaboradores, para intentar explicar estos casos irregulares, consideraron las exigencias que la evolución podría haber impuesto a nuestros sentidos. Ciertamente, cada sentido ha sido sintonizado durante millones de años para detectar una gama de estímulos. En el caso de la visión y el oído humanos, la sensibilidad es para la luz con longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros y en el caso de las ondas sonoras, para las que se encuentran entre 20 y 20.000 hercios. En el caso de la nariz, no se tiene el mismo nivel de detalle. No disponemos de un mapa de percepciones posibles o potenciales.

En este contexto parece evidente que lo que permanece constante y a nivel universal y la evolución ha mantenido es el motor metabólico que alberga cada ser vivo. Eso no ha cambiado. En el motor metabólico queda incluidas las reacciones químicas que son catalizadas por enzimas y que son las que convierten a una molécula en otra en el interior de las células, desde el ciclo de Krebs, hasta la glucolisis o el ciclo de la urea y tantos otros.  Las reacciones químicas que tienen lugar en el organismo son las que establecen las relaciones entre las sustancias químicas que se incorporan desde el exterior del organismo, incluidas las que se incorporan a través de la nariz. Desde este marco es razonable formular la hipótesis de que las sustancias químicas que huelen similar, no solo estarán relacionadas químicamente, sino también biológicamente.

Para probar la idea, Wiltschko y colaboradores, necesitaban un mapa de las reacciones metabólicas que ocurren en la naturaleza. Desde la metabolómica ya se había construido una gran base de datos que incluía y describía estas relaciones químicas naturales y las enzimas que las provocan o asisten. Con estos datos, los investigadores pudieron elegir dos moléculas olorosas y calcular cuántas y cuáles reacciones enzimáticas se necesitarían para convertir una en otra.

Pero no basta con eso, porque también necesitaban un modelo informático que pudiera cuantificar cómo huelen las distintas moléculas olorosas para los humanos. Construyeron un modelo de red neuronal llamado mapa de olores principal que se basó en los hallazgos del referido concurso DREAM 2015 y construyeron un mapa consistente en una nube de 5.000 puntos, cada uno de los cuales representa el olor de una molécula. Los distintos agrupamientos que se dan corresponden a moléculas que huelen de forma similar y quedan separados los grupos que huelen diferente.  Se trata de un conjunto de datos no en tres dimensiones, como ocurre habitualmente, sino en 256 dimensiones que son las componentes que caracterizan a los olores. Es preciso el uso de herramientas informáticas avanzadas para manejar estos datos.

La aportación significativa consiste en identificar las relaciones entre los datos, en especial la posición relativa en los mapas de olor provenientes de la detección perceptiva y las procedentes a la base de datos metabólica. Tomando parejas de moléculas, hasta cincuenta consignan, identificaron que las sustancias químicas que estaban más cerca en el mapa del metabolismo, coincidían con las que estaban próximas en el mapa del olor, aun cuando no tuvieran estructuras químicas diferentes. Un resultado que mejoraba al encontrado hasta ahora usando solamente el mapa estructural de las moléculas. No deja de ser sorprendente la conclusión, por cuanto dos moléculas que son biológicamente similares, podrían oler bien o pésimamente, pero no se dio en ningún caso. De igual modo también se dio una constatación de alcance, por cuanto se concluyó en que as moléculas que están juntas o próximas en la Naturaleza, tienden a oler de forma similar, armónica y compatible, a gran distancia de lo que ocurre cuando las moléculas no corresponden a una asociación natural. Esto indica que hay una sintonía química en la Naturaleza.

Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E

Todo parece indicar que el sistema olfativo incluye en su diseño la detección de coincidencias químicas y es el metabolismo el que gobierna que coincidencias son posibles, como señala el neurobiólogo Datta de la Universidad de Harvard. No solo es relevante la estructura química de una molécula para su percepción, sino el proceso metabólico que la produjo en la Naturaleza. El sistema olfatorio parece sintonizar con esto. Evidentemente, el origen metabólico de una molécula está relacionado con su estructura, pero aporta elementos perceptivos también.

Un buen ejemplo de una molécula que se produce de forma natural a través de dos procesos metabólicos diferentes y que huele distinto es el dimetilsulfuro (DMS), compuesto orgánico con dos grupos metilo (CH₃) unidos a un átomo de azufre (S). El dimetilsulfuro (DMS) a partir de Metionina, mediante metionina gamma-liasa, ocurre en varios organismos, incluyendo bacterias y plantas, tiene un olor fétido, similar a col rancia o huevos podridos. En cambio, el Dimetilsulfuro (DMS) a partir de dimetilsulfoniopropionato, producido en el ambiente marino, por muchas algas y fitoplancton y mediante DMSP-liasa, tiene un olor suave, marino, característico de algas o del océano.

Es un avance del conocimiento importante que desvela lo mucho que queda por estudiar el sentido más primitivo evolutivamente y del que seguimos ignorando mucho. No cabe duda de que el reto que permanece es el tratamiento de los olores de mezclas. Cuando olemos un aceite esencial de limón, incorporamos a la percepción cerca unas 500 moléculas diferentes. Se trata de una composición compleja y operan mecanismos de selección que hacen prevalecer unos aromas a otros al tiempo que se compone un conjunto una globalidad, que es el olor a limón.

Ciertamente, distinguir una naranja de un limón, tiene explicación molecular estructural, dado que, aunque tanto las naranjas como los limones contienen limoneno, los isómeros de limoneno presentes en cada fruta son diferentes y contribuyen a sus aromas distintivos. Por lo tanto, si solo oliéramos el limoneno, la percepción sería diferente dependiendo de si se trata del D-limoneno (olor a naranja) o del L-limoneno (olor a limón). Los otros compuestos aromáticos presentes en las naranjas y limones también juegan un papel en la diferencia de olores entre estas dos frutas, pero incluso el tipo de limoneno predominante sería suficiente para diferenciarlas olfativamente.

Un ejemplo de una molécula que se produce por mecanismos metabólicos diferentes en distintas frutas y que huele diferente, aun siendo la misma molécula, es el acetato de isoamilo, éster formado por el ácido acético y el alcohol isoamílico. En la producción en plátanos, el acetato de isoamilo se produce durante la maduración de la fruta a partir de la descomposición de almidones y la biosíntesis de ésteres por la acción de la enzima alcohol acetiltransferasa. Tiene un olor característico a plátano, dulce y frutal. Este compuesto contribuye al aroma distintivo de los plátanos maduros. En cambio, en la producción en peras el acetato de isoamilo también se produce durante la maduración de la fruta, pero a través de una ruta ligeramente diferente, involucrando la acción de diferentes enzimas responsables de la formación de ésteres a partir de precursores como el ácido acético y el alcohol isoamílico. Aunque sigue siendo el mismo compuesto químico, el acetato de isoamilo en peras tiene un aroma más ligero y a veces con matices más frescos comparado con el de los plátanos. Contribuye al aroma distintivo de las peras maduras, aunque está mezclado con otros compuestos volátiles que afectan su percepción.

Aunque el acetato de isoamilo es la misma molécula en ambas frutas, el contexto en el que se encuentra (otros compuestos volátiles presentes en la fruta) puede afectar la percepción del olor. Las concentraciones relativas del acetato de isoamilo y su combinación con otros compuestos aromáticos presentes en cada fruta pueden modificar la percepción del aroma. Es un excelente ejemplo de una molécula que, aunque es la misma en estructura química, puede tener diferentes percepciones de olor dependiendo del contexto metabólico y la matriz frutal en la que se produce. En plátanos, se asocia con un olor dulce y característico a plátano, mientras que en peras puede tener un aroma más ligero y fresco, demostrando cómo los diferentes procesos metabólicos y la interacción con otros compuestos volátiles pueden influir en la percepción del aroma.

Como dice el investigador Wiltschko que ha desvelado la cortina de la ignorancia tras el proceso de la olfacción, cuando experimentas un olor, “estás percibiendo partes de otro ser vivo”. Es algo prodigioso, pero nos recuerda la mediación de los humanos en el proceso de incorporación de la Naturaleza a nuestros seres.

Cuando percibimos el perfume que lleva una persona, estamos efectivamente incorporando una mezcla de moléculas del perfume y moléculas propias de la persona, lo que crea una experiencia olfativa única que incluye características individuales de esa persona. Los perfumes están compuestos por una mezcla de aceites esenciales, alcoholes y otros compuestos aromáticos que se volatilizan en el aire y son detectados por nuestros receptores olfativos. Cada persona tiene un olor corporal único debido a factores como la genética, la dieta, la microbiota de la piel y los productos de cuidado personal que usan. Estos olores naturales provienen de compuestos como los ácidos grasos, los esteroides y las proteínas descompuestas por las bacterias de la piel. Cuando una persona usa perfume, las moléculas del perfume se mezclan con las moléculas del olor natural de su piel. Esta mezcla puede alterar la percepción del olor del perfume, haciéndolo único para cada individuo. Esta interacción puede realzar o modificar ciertas notas del perfume, resultando en una firma olfativa única que combina el perfume y el olor natural de la persona.

Al estar cerca de otra persona y percibir su perfume, también estamos expuestos a su olor corporal. Incluso en situaciones sin contacto físico directo, las moléculas de su olor personal pueden viajar junto con las del perfume. La percepción olfativa es una experiencia profundamente personal y emocional. Al oler el perfume de otra persona, estamos incorporando una parte de su presencia en nuestra percepción, lo que puede evocar recuerdos, emociones y asociaciones personales. La combinación de perfume y olor corporal puede ser un fuerte marcador de identidad, ayudando a reconocer a las personas y evocando recuerdos específicos asociados a ellas. Los olores juegan un papel crucial en la atracción interpersonal y la comunicación no verbal. La mezcla de perfume y olor corporal puede influir en las interacciones sociales y las percepciones de los demás. La interacción entre el perfume y el olor natural de una persona es compleja y única, y juega un papel importante en cómo percibimos y recordamos a los demás.

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