ایلکس ولٹسکو نے نوعمری میں ہی پرفیوم جمع کرنا شروع کیا۔ اس کی پہلی بوتل Azzaro Pour Homme تھی، ایک لازوال کولون جسے اس نے TJ Maxx ڈپارٹمنٹ اسٹور کے شیلف پر دیکھا۔ اس نے نام سے پہچان لیا۔ عطر: ہدایت نامہ، ایک ایسی کتاب جس کی خوشبو کی شاعرانہ وضاحت نے اس کے جنون کو لات مار دی تھی۔ جادوگر، اس نے اپنے مجموعے میں شامل کرنے کے لیے اپنا الاؤنس بچا لیا۔ "میں خرگوش کے سوراخ سے بالکل نیچے چلا گیا،" اس نے کہا۔
ابھی حال ہی میں، گوگل ریسرچ کے لیے ایک olfactory neuroscientist کے طور پر دماغی ٹیم, Wiltschko نے ہمارے سب سے قدیم اور کم سے کم سمجھے جانے والے احساس کو الگ کرنے کے لیے مشین لرننگ کا استعمال کیا۔ کبھی کبھی وہ دوسرے حواس کا مطالعہ کرنے والے اپنے ساتھیوں کی طرف تقریباً تڑپ سے دیکھتا تھا۔ "ان کے پاس یہ خوبصورت فکری ڈھانچے ہیں، علم کے یہ گرجا گھر،" انہوں نے کہا، جو بصری اور سمعی دنیا کی وضاحت کرتے ہیں، جو ہم زلفیت کے بارے میں جانتے ہیں اسے شرمندہ کرتے ہیں۔
Wiltschko اور ان کے ساتھیوں کا حالیہ کام، تاہم، اسے تبدیل کرنے میں مدد کر رہا ہے۔ میں ایک کاغذ سب سے پہلے جولائی میں biorxiv.org کے پری پرنٹ سرور پر پوسٹ کیا گیا، انہوں نے ولفیکٹری سائنس میں ایک دیرینہ چیلنج سے نمٹنے کے لیے مشین لرننگ کے استعمال کو بیان کیا۔ ان کے نتائج نے محققین کی اس کی ساخت سے مالیکیول کی بو کی گنتی کرنے کی صلاحیت کو نمایاں طور پر بہتر کیا۔ مزید برآں، جس طرح سے انہوں نے ان حسابات کو بہتر کیا اس سے نئی بصیرت ملی کہ ہماری سونگھنے کی حس کس طرح کام کرتی ہے، جس سے ایک پوشیدہ ترتیب کو ظاہر کیا گیا کہ بو کے بارے میں ہمارے تصورات زندہ دنیا کی کیمسٹری سے کس طرح مطابقت رکھتے ہیں۔
جب آپ اپنی صبح کی کافی کو سانس لیتے ہیں، تو 800 مختلف قسم کے مالیکیول آپ کے سونگھنے والے ریسیپٹرز تک جاتے ہیں۔ اس بھرپور کیمیکل پورٹریٹ کی پیچیدگی سے، ہمارے دماغ ایک مجموعی تاثر کی ترکیب کرتے ہیں: کافی۔ محققین کو یہ غیر معمولی طور پر مشکل معلوم ہوا ہے، تاہم، یہ پیشین گوئی کرنا کہ ایک مالیکیول سے بھی ہم انسانوں کو کیسی خوشبو آئے گی۔ ہماری ناک ہمارے ارد گرد کی دنیا کے کیمیائی میک اپ کا پتہ لگانے کے لیے 400 مختلف ریسیپٹرز کی میزبانی کرتی ہے، اور ہم صرف یہ جاننا شروع کر رہے ہیں کہ ان میں سے کتنے ریسیپٹرز دیے گئے مالیکیول کے ساتھ تعامل کر سکتے ہیں۔ لیکن اس علم کے باوجود، یہ واضح نہیں ہے کہ بدبو کے آدانوں کے مجموعے خوشبوؤں کے بارے میں ہمارے تصورات کو میٹھی، مشکی، مکروہ اور بہت کچھ کیسے بناتے ہیں۔
"ایسا کوئی واضح ماڈل نہیں تھا جو آپ کو پیشن گوئی دے سکے کہ زیادہ تر مالیکیولز کی بو کس طرح آتی ہے،" کہا۔ پابلو میئر، جو IBM ریسرچ میں بائیو میڈیکل اینالیٹکس اور اولفیکشن کی ماڈلنگ کا مطالعہ کرتا ہے اور حالیہ مطالعہ میں شامل نہیں تھا۔ میئر نے آئی بی ایم کی توجہ کا مرکز ساخت سے خوشبو کے مسئلے کو بنانے کا فیصلہ کیا۔ 2015 ڈریم چیلنج، ایک کمپیوٹنگ کراؤڈ سورسنگ مقابلہ۔ ٹیموں نے ایسے ماڈل بنانے کے لیے مقابلہ کیا جو اس کی ساخت سے مالیکیول کی بدبو کا اندازہ لگا سکے۔
لیکن یہاں تک کہ بہترین ماڈل بھی ہر چیز کی وضاحت نہیں کر سکے۔ پورے اعداد و شمار میں چھیڑ چھاڑ پریشان کن، فاسد معاملات تھے جو پیشین گوئی کے خلاف تھے۔ بعض اوقات، مالیکیول کے کیمیائی ڈھانچے میں ہونے والی چھوٹی تبدیلیوں سے بالکل نئی بو آتی ہے۔ دوسری بار، بڑی ساختی تبدیلیوں نے بمشکل بدبو کو تبدیل کیا۔
بو کے لیے ایک میٹابولک تنظیم
ان فاسد معاملات کی وضاحت کرنے کی کوشش کرنے کے لیے، ولٹسکو اور ان کی ٹیم نے ان تقاضوں پر غور کیا جو ارتقاء نے ہمارے حواس پر عائد کیے ہیں۔ محرکات کی سب سے نمایاں رینج کا پتہ لگانے کے لیے ہر احساس کو لاکھوں سالوں میں ٹیون کیا گیا ہے۔ انسانی بصارت اور سماعت کے لیے، یہ 400-700 نینو میٹرز کی طول موج کی روشنی اور 20 سے 20,000،XNUMX ہرٹز کے درمیان آواز کی لہریں ہیں۔ لیکن ہماری ناک سے پائے جانے والی کیمیائی دنیا پر کیا حکومت کرتی ہے؟
"ایک چیز جو ارتقائی وقت کے ساتھ مستقل رہی ہے، کم از کم بہت پہلے سے، ہر جاندار چیز کے اندر بنیادی میٹابولک انجن ہے،" ولٹسکو نے کہا، جس نے حال ہی میں گوگل ریسرچ کو چھوڑ دیا رہائش گاہ میں کاروباری الفابیٹ کے وینچر کیپیٹل کے ذیلی ادارے، جی وی میں۔
میٹابولزم سے مراد کیمیکل ری ایکشنز کے سیٹ ہیں — جن میں کریبس سائیکل، گلائکولائسز، یوریا سائیکل اور بہت سے دوسرے عمل شامل ہیں — جو سیلولر انزائمز کے ذریعے اتپریرک ہوتے ہیں اور جو خلیات میں ایک مالیکیول کو دوسرے میں تبدیل کرتے ہیں۔ یہ اچھی طرح سے پہنے ہوئے رد عمل کے راستے قدرتی طور پر پائے جانے والے کیمیکلز کے درمیان تعلقات کا نقشہ بیان کرتے ہیں جو ہماری ناک میں گھس جاتے ہیں۔
ولٹسکو کا مفروضہ سادہ تھا: شاید ایسے کیمیکلز جن کی بو ایک جیسی ہوتی ہے وہ نہ صرف کیمیکل سے متعلق ہیں بلکہ حیاتیاتی طور پر بھی متعلق ہیں۔
اس خیال کو جانچنے کے لیے، اس کی ٹیم کو فطرت میں پائے جانے والے میٹابولک رد عمل کا نقشہ درکار تھا۔ خوش قسمتی سے، میٹابولومکس کے شعبے میں سائنس دانوں نے پہلے ہی ایک بڑا ڈیٹا بیس تیار کر لیا تھا جس میں ان قدرتی کیمیائی تعلقات اور انزائمز کا خاکہ پیش کیا گیا تھا جو ان کو تیز کرتے ہیں۔ اس اعداد و شمار کے ساتھ، محققین دو بدبودار مالیکیولز چن سکتے ہیں اور حساب لگا سکتے ہیں کہ ایک کو دوسرے میں تبدیل کرنے کے لیے کتنے انزیمیٹک رد عمل درکار ہوں گے۔
مقابلے کے لیے، انہیں ایک کمپیوٹر ماڈل کی بھی ضرورت تھی جو یہ اندازہ لگا سکے کہ مختلف بدبودار مالیکیول انسانوں کو کس طرح سونگھتے ہیں۔ اس مقصد کے لیے، ولٹسکو کی ٹیم ایک نیورل نیٹ ورک ماڈل کو بہتر کر رہی تھی جسے کہا جاتا ہے۔ پرنسپل گند کا نقشہ جو 2015 DREAM مقابلہ کے نتائج پر مبنی ہے۔ یہ نقشہ 5,000 پوائنٹس کے بادل کی طرح ہے، ہر ایک ایک مالیکیول کی خوشبو کی نمائندگی کرتا ہے۔ ان مالیکیولز کے پوائنٹس جو ایک ساتھ ملتے جلتے کلسٹر کو سونگھتے ہیں، اور جن کی بو بہت مختلف ہوتی ہے وہ بہت دور ہیں۔ کیونکہ کلاؤڈ 3D سے کہیں زیادہ ہے — اس میں معلومات کے 256 جہتیں ہیں — صرف جدید ترین کمپیوٹنگ ٹولز ہی اس کی ساخت سے نمٹ سکتے ہیں۔
محققین نے اعداد و شمار کے دو ذرائع کے اندر متعلقہ تعلقات کی تلاش کی۔ انہوں نے 50 جوڑوں کے مالیکیولز کا نمونہ لیا اور پایا کہ کیمیکل جو میٹابولزم کے نقشے پر قریب تھے وہ بھی خوشبو کے نقشے پر قریب ہوتے ہیں، چاہے ان کی ساخت بہت مختلف ہو۔
ولٹسکو اس تعلق سے حیران رہ گیا۔ انہوں نے کہا کہ پیشن گوئیاں اب بھی کامل نہیں تھیں، لیکن وہ کسی بھی پچھلے ماڈل سے بہتر تھیں جو اکیلے کیمیائی ڈھانچے سے حاصل کی گئی تھیں۔
"ایسا بالکل نہیں ہونا چاہیے تھا،" انہوں نے کہا۔ "دو مالیکیول جو حیاتیاتی طور پر ایک جیسے ہیں، جیسے ایک انزائم کیٹالیسس قدم دور، وہ گلاب اور سڑے ہوئے انڈوں کی طرح بو آ سکتے ہیں۔" لیکن انہوں نے ایسا نہیں کیا۔ "اور یہ میرے لئے پاگل ہے۔ یہ میرے لیے خوبصورت ہے۔‘‘
محققین نے یہ بھی پایا کہ مالیکیول جو عام طور پر فطرت میں اکٹھے ہوتے ہیں - مثال کے طور پر، نارنجی کے مختلف کیمیائی اجزا - قدرتی وابستگی کے بغیر مالیکیولز سے زیادہ مماثلت رکھتے ہیں۔
کیمیاوی طور پر فطرت سے منسلک
نتائج "بدیہی اور خوبصورت ہیں،" نے کہا رابرٹ دتا، ہارورڈ میڈیکل اسکول کے ایک نیورو بائیولوجسٹ اور ولٹسکو کے سابق ڈاکٹریٹ مشیر، جو حالیہ مطالعہ میں شامل نہیں تھے۔ انہوں نے کہا کہ "یہ ایسا ہی ہے جیسے ولفیٹری سسٹم مختلف قسم کے [کیمیائی] اتفاقات کا پتہ لگانے کے لیے بنایا گیا ہے۔" "لہذا میٹابولزم ممکن ہونے والے اتفاقات کو کنٹرول کرتا ہے۔" اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ مالیکیول کی کیمیائی ساخت کے علاوہ ایک اور خصوصیت بھی ہے جو ہماری ناک کے لیے اہمیت رکھتی ہے — میٹابولک عمل جس نے قدرتی دنیا میں مالیکیول پیدا کیا۔
"ولفیکٹری سسٹم اس کائنات کے مطابق ہے جو اسے دیکھتا ہے، جو کہ مالیکیولز کی یہ ساختیں ہیں۔ اور یہ انو کیسے بنائے جاتے ہیں اس کا حصہ ہے، "میئر نے کہا. اس نے خوشبوؤں کی درجہ بندی کو بہتر بنانے کے لیے میٹابولزم کو استعمال کرنے کے خیال کی ہوشیاری کی تعریف کی۔ اگرچہ میٹابولزم پر مبنی نقشہ ساختی ماڈلز پر بہت زیادہ بہتر نہیں ہوتا ہے، کیونکہ ایک مالیکیول کی میٹابولک اصل پہلے سے ہی اس کی ساخت سے قریبی تعلق رکھتی ہے، "یہ کچھ اضافی معلومات لاتا ہے،" انہوں نے کہا۔
میئر نے پیش گوئی کی ہے کہ ولفیٹری نیورو سائنس کے اگلے محاذ میں انفرادی مالیکیولز کی بجائے مرکب کی بدبو شامل ہو گی۔ حقیقی زندگی میں، ہم شاذ و نادر ہی ایک وقت میں صرف ایک کیمیکل سانس لیتے ہیں۔ اپنے کافی کے مگ سے نکلنے والے سینکڑوں کے بارے میں سوچیں۔ ابھی، سائنسدانوں کے پاس بدبودار مرکبات کے بارے میں اتنا ڈیٹا نہیں ہے کہ وہ حالیہ تحقیق میں استعمال کیے گئے خالص کیمیکلز جیسا ماڈل تیار کر سکیں۔ ہماری سونگھنے کی حس کو صحیح معنوں میں سمجھنے کے لیے، ہمیں یہ جانچنے کی ضرورت ہوگی کہ کیمیکلز کے برج کیسے تعامل کرتے ہیں تاکہ ولٹسکو کی پرفیوم کی بوتلوں کی طرح پیچیدہ بدبو پیدا ہو۔
اس منصوبے نے پہلے ہی تبدیل کر دیا ہے کہ ولٹسکو اپنے زندگی بھر کے جذبے کے بارے میں کیسے سوچتا ہے۔ جب آپ بو محسوس کرتے ہیں، "آپ کسی دوسری جاندار چیز کے حصے کو محسوس کر رہے ہیں،" اس نے کہا۔ "مجھے لگتا ہے کہ یہ واقعی خوبصورت ہے۔ میں اس طرح زندگی سے زیادہ جڑا ہوا محسوس کرتا ہوں۔"
ایڈیٹر کا نوٹ: دتا، سائمنز کولیبریشن آن پلاسٹکٹی اینڈ دی ایجنگ برین اور SFARI کے ساتھ ایک تفتیش کار، سائمنز فاؤنڈیشن سے فنڈنگ حاصل کرتا ہے، جو اس ادارتی طور پر آزاد میگزین کو بھی سپانسر کرتا ہے۔
