怎么感知味觉（味觉系统如何感知水）

引子一

《庄子·山木》有云，“君子之交淡若水，小人之交甘若醴”。寓意君子之间的来往淡的像水一样，不掺杂任何功利。相反，小人之间的交情甜的跟甜酒一样，酒肉私利交织其中。诗句之所以能流传千古，是因为庄子将两种交情形象化为两种味道。水和甜酒，一个无色无味，一个甘甜醇香，山野莽夫也能体会其中的含义。

水，无色无味，真是这样吗？

引子二

小黑已经两天没喝到水了，嘴里干涩地厉害，舌头和上下颚都粘一起了，发疼。旁边，食物堆了一地，小黑看了一眼，空做了一个咽口水的动作。

突然，上方出现了一个水瓶，圆润的瓶口正对着自己。小黑一溜烟跑了过去。水啊，水啊，水啊，小黑对着瓶口就是一阵狂舔。平日里，水，无色无味。而此时，当水润开干涸在一起的口腔粘膜时，小黑觉得，这是他这辈子食用过的最美妙的东西。

不知喝了多久，小黑感觉差不多了，便收了舌头。本想打个水嗝，他却奇怪的发觉，自己仍然口渴难耐。小黑愣怔了，抬头看瓶口，瓶口晶莹剔透，散着蓝幽幽的光晕。又一阵口渴袭来，小黑忍不住再次疯狂舔起瓶口。这次小黑留意到，瓶子里没有水，但他的确感觉无比解渴......

水

但今天我们要来探究一下，水到底是不是无味的？要回答这个问题，首先要弄清楚，味道是什么？我们如何感知味道？

味道

人类的颜色视觉有三基色：红、绿、蓝。类似地，人类的味觉也有五种基本味道：酸、甜、苦、鲜、咸。我们品尝到的成百上千的味道都由这五种基本的味道组合而成。引起五种基本味觉的代表性物质分别为氢离子、糖、各种各样有毒物质如农药环己酰亚胺、谷氨酸一钠（味精的主要成分）、氯化钠。

舌头的味蕾里有分别感应五种味道的味觉细胞。每个味觉细胞只表达特定的味觉受体，从而特异的感受一种味道。比如，咸味被认为是由上皮钠通道（epithelial sodium channel）感受的，表达上皮钠通道的味觉细胞不会再表达其他类型的味觉受体，它们只专一的感受咸味。

味蕾以及味蕾在舌头上的分布

值得一提的是，有一个流传很广的谬误，说舌头的不同部位感受不同味道，比如舌尖感受甜，舌根感受苦，即舌头的味觉地图。现代生物学已经证明，每一个味蕾里都包含这五种味觉细胞，单独一个味蕾就可以对五种味道起反应。哪里有味蕾，哪里就能感受五种味道。五种味道的感受细胞是重合分布的，并没有所谓的味觉地图。

五种基本味道在舌头上的感受区域重合

虽然五种味觉细胞重合分布，但它们通过各自独立的、分离的“专线”将味道传递下去。五种味觉细胞将味觉信息传递给各自的味觉传入神经，最终传递给味觉皮层。味觉皮层包括前岛叶以及额叶岛盖。在那里，各种味觉物质最终被翻译成我们感受的味道。

味觉传递“专线”模型

从生理学上讲，水有没有味道这个问题可转化成水能不能引起味觉系统的反应。如果能，则说明水可以被味觉系统感知，是有味道的。如果不能，则说明水没有味道。

味觉系统可以感知水

其实，在昆虫的味觉器官，比如果蝇的唇瓣上，科学家早就发现了能专一感受水的味觉神经元。这种神经元对低渗透压的溶液有反应，对纯水的反应最强烈。当果蝇的唇瓣接触到水时，唇瓣上的溶液被水稀释，渗透压降低，这种神经元便会放电。这就是果蝇味觉系统检测水的神经机制。

但对于哺乳动物，水是不是可以被味觉系统感知，一直以来是一个悬而未决的问题。2017年，加州理工学院的科学家Yuki Oka发现了哺乳动物味觉系统感知水的机制。

果蝇的唇瓣有感受水的神经元

实验是用科学功臣小鼠做的。科学家先将小鼠麻醉，通过手术将鼓索味觉神经束暴露出来，并把电极放进神经束里，记录电反应。鼓索味觉神经束接收舌头前半部分味蕾的输入，因此电极可以记录舌头前半部分整体的味觉信号。一旦检测到信号，就说明有效的味觉物质正在刺激味蕾。

鼓索味觉神经传递舌头前半部分的味觉信息

科学家用不同的溶液去刺激小鼠舌头。酸甜苦鲜咸的溶液都可以引起鼓索味觉神经的强烈反应，这在情理之中。令人兴奋的是，纯水也可以引发鼓索味觉神经的强烈反应。这说明，水也可以被味觉系统感知到。

水和酸甜苦鲜咸一样，可以引发鼓索神经的反应

我们知道，果蝇的味觉细胞感知水是因为水可以降低渗透压。那么，小鼠味觉神经对水的反应是不是也源于渗透压呢？如果是，先给舌头一个高渗透压溶液，不管溶质是什么，换成纯水后，都应该有一个很强的反应，因为纯水会大大稀释高渗透压的溶液，降低渗透压。

实验结果并不是这样的。

水替换碳酸氢盐才会引发味觉反应

只有当之前的溶液是碳酸氢盐溶液时，纯水才会引发反应。而其他的溶液，比如氯化钙溶液、氯化钾溶液、氯化钠溶液都不能引发后续纯水的反应。这就否定了渗透压假说，小鼠和果蝇感知水的机制是不同的。

谁在负责水的感知？

我们先来看Yuki Oka的另一组实验。

已知酸甜苦鲜咸分别由五种味觉细胞感知，那么水的感知是不是独立于这五种味觉细胞呢？

Yuki Oka构建一系列转基因老鼠，它们缺少一种或几种基本味道的受体。当甜苦鲜咸的受体缺失或被阻断时，水依旧可以引发鼓索味觉神经的反应。但当酸受体缺失时，水便无法再引起反应。这说明味觉神经对水的反应依赖于酸味感受细胞。

失活酸味感觉细胞后，水无法再引起味觉神经反应

另外，前面的实验告诉我们，当碳酸盐溶液被水替换后，鼓索味觉神经会产生强烈响应。

基于以上两点实验结果，Yuki Oka提出一个酸味感觉细胞感知水的模型。

酸味感受细胞会在细胞膜上表达碳酸酐酶（简称CA），这种酶可以催化二氧化碳和水到氢离子和碳酸氢根之间的可逆反应。当唾液被大量水稀释后，碳酸氢根的浓度下降。在CA酶的催化作用下，二氧化碳和水会加速转变成氢离子和碳酸氢根，最终导致酸味感受细胞周围局部范围内氢离子增加，氢离子通过特殊的离子通道进入酸味感受细胞进而引发反应。

碳酸酐酶（CA）的催化反应

这不同于酸引发的反应。当酸味溶液进入口腔后，pH值降低，氢离子变多。氢离子可直接通过离子通道进入细胞，引发酸味感受细胞反应。而对于水，因为水本身不能降低pH值，不能增加氢离子浓度，也就无法直接引起酸味感受细胞的反应。水只有通过CA酶的作用，使局部氢离子富集，才能引发细胞反应。

酸和水引起味觉反应的机制模型

如果模型正确，跟酸相比，味觉神经对水需要更长的反应时间，因为对水的反应多出一步需要酶催化的反应。并且，失活CA酶也应该消除水引起的神经反应。进一步的实验结果证实了这两点。味觉神经鼓索对水的起反应所需要的时间显著地长于酸；基因敲除CA酶或者用药物使CA酶失活，都会让鼓索味觉神经不再对纯水有反应，但并不影响对酸的反应。

综上，水通过CA酶局部富集氢离子，从而激活酸味感觉细胞，进而引起味觉传入神经的反应。那么，水通过这种机制引发的神经反应跟小鼠的行为有没有因果关系呢？

来自行为学实验的证据

要研究一个脑区或机制跟行为有没有因果关系，通常要做两方面的实验：失活和激活。比如，要验证小鼠是不是通过酸味感受细胞来检测水，需要分别失活和激活酸味感受细胞。如果存在因果关系，失活酸味感受细胞，小鼠感知水的能力会受影响；激活酸味感受细胞，会让口渴的小鼠误以为舔到了水。

• 失活实验

科学家构建了一种转基因小鼠，其酸味感受细胞都会表达破伤风毒素。结果，这种小鼠舌头上的酸味感受细胞全被毒死了。科学家先让小鼠断水一两天，小鼠就会处于口渴状态，到处找水喝。这时如果你给正常小鼠一瓶油，它舔几下就作罢，因为它发现那不是水，不解渴。只有给水，它才会开怀畅饮。但丧失酸味感受细胞的小鼠就傻傻分不清楚了，给它油，它照样开怀畅饮。它已经分辨不清楚油和水了。这就证明了酸味感受细胞在水感知中的关键作用。

正常口渴小鼠（左）不喝油，缺失酸味感觉细胞的小鼠分辨不清油和水。一个竖线表示小鼠一次舔水

• 激活实验

科学家将光遗传蛋白ChR2表达在小鼠的酸味感受细胞里。ChR2是一种离子通道，对蓝光敏感。蓝光一照，它便开放通道，引起正离子内流，进而使酸味感受细胞放电。同样的，先让小鼠断水两天，之后，口渴的小鼠又在到处找水喝。小鼠经常喝水的瓶子放在笼子一角，但瓶子是空的，没有水。小鼠舌头一接触瓶口，便触发一束蓝色激光，激光通过瓶口射进小鼠嘴里。舌头上酸味感受细胞会被激活。结果，小鼠像喝到水一样在喝“光”，这种诡异的行为持续了10分钟之久。这说明，蓝光激活酸味感受细胞，会给小鼠提供一个虚假的水信号，因此小鼠有了喝水的动作。当然，正常的小鼠是不会有如此不着调的行为的。

小鼠在喝“光”

另外，一般口渴的小鼠喝4~5分钟就喝饱了，而喝“光”小鼠的喝水动作可以持续10分钟之久。这说明，舌头上酸觉感受细胞只负责提供水的信号，并不对口渴这种感觉负责。口渴感觉的消除需要真正的水。

正是基于以上原因，我们才看到了引子二里小黑见鬼的一幕。小黑就是那只小鼠，它的味蕾酸味感受细胞表达了光遗传蛋白ChR2。

水是一种基本味道吗？

通过生理学以及行为学的实验, Yuki Oka已经证明，水可以被哺乳动物的味觉系统感知，是有味道的。但水的感知是“借道”酸味感受通路，并没有自己独立的专线。所以从这种意义说，虽然水有味道，但并不是一种基本味道。到目前为止，基本味道依旧只有五种：酸、甜、苦、鲜、咸。

写在最后

当然，味道不只是生理学上的神经元反应，也不只是行为学上的表现。对我们人类来说，更多的是一种主观感受。看完这篇文章，有人依旧可以说，水是没有味道的，因为我品不出水的任何味道。但也有人会说，水是有味道的，水的味道是淡的。也许，每个人对同一种味道的主观感受真的不一样。也许，每个人对同一种主观感受的主观描述也不一样。这是一片扯不清的牛皮。但有一点可以确定：

水，可以通过味觉系统被我们感知到。

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