「人は1兆種類のにおいをかぎ分けられる」という研究には、翌年に計算への反論が出た

「人の鼻は、1兆種類以上のにおいをかぎ分けられる」。この話を、テレビや本で見たことがある人もいるかもしれません。もとになったのは、2014年にアメリカの科学雑誌「サイエンス」に載った研究です。1兆は、1億の1万倍です。人が見分けられる色は数百万種類とされているので、それよりはるかに多い数でした。

ところが翌年の2015年、別の研究者たちが2本の論文で、この計算に反論しました。そのうちの1本は、こんな試算をしています。においを3種類にしか分けられない、頭の中で作った生き物を用意します。その生き物に同じテストと同じ計算をあてはめると、「約1兆種類のにおいをかぎ分けられる」という答えが出てしまったのです。

この記事では、まず「1兆」の前に広まっていた「1万種類」という数の出どころを紹介します。次に、2014年の実験のやり方と、そこから1兆という数を出した計算を見ます。そのあと、2015年の2本の反論と、元の研究チームの答え、そして元のチームが出した訂正を紹介します。

01昔から言われてきた「においは1万種類」は、1927年の計算を丸めた数だった

「1兆」の前は、「1万種類」という数がよく使われていました。2014年の論文によると、この数のもとは、1927年の研究です。その研究は、においには4つの基本の感じ方があると考えました。そして、それぞれの強さを9段階で区別できるとしました。

9段階のものが4つあると、組み合わせは9×9×9×9で6561通りです。この6561が、のちに1万に丸められました。2014年の論文は、この1万という数は一度も実験で確かめられていない、と書いています。2017年に人のにおいの能力についてまとめた別の論文も、1万種類は「言い伝えや、出典があいまいな心理学の入門書」の数だ、と書いています。

色や音は、範囲が決まっているので、区別できる数を見積もりやすい

色と音は、区別できる数を見積もりやすい感覚です。色は光の波の長さで、音は1秒間の振動の回数で、並べられるからです。人に聞こえる音なら、1秒間に20〜2万回振動する音です。この範囲の中で、どれだけ細かく区別できるかを実験で調べれば、数を見積もれます。

こうして、人が見分けられる色は230万〜750万種類、聞き分けられる音（高さと大きさの組み合わせ）は約34万種類と見積もられてきました。ところが、においには、こうした「並べる軸」が分かっていません。においの多くは、何十、何百もの分子が混ざったものです。2014年の論文によると、バラの香りは275種類の成分でできています。

022014年の実験では、においの分子を混ぜた液を26人にかぎ分けてもらった

研究をしたのは、アメリカのロックフェラー大学のチームです。中心になったのは、ケラー（Andreas Keller）やヴォスホール（Leslie Vosshall）たちです。研究チームは、においのある分子を128種類用意しました。どれも、同じくらいの強さににおうように調整してあります。この中から10個、20個、30個を選んで、同じ割合で混ぜた液を作りました。

テストはこうです。参加者の前に、においの液が入ったびんを3本置きます。そのうち2本は同じ混ぜ方で、1本だけ混ぜ方が違います。参加者は、においをかいで、違う1本を当てます。においの強さで当てられないように、3本は別々の濃さにうすめてありました。1人が受けたテストは264回です。

テストを受けたのは28人です。そのうち、確かめ用のテスト4回のうち3回以上で間違えた2人は外され、26人の結果が使われました。

2つの液の成分が多く重なるほど、区別するのが難しくなった

2つの液の成分が多く重なるほど、区別は難しくなりました。成分の90%より多くが同じ液は、誰も区別できませんでした。一方で、研究チームが結果から式を作って計算すると、重なりが約51%より少なければ、参加者の多くが区別できる、という答えになりました。

研究チームは、この「約51%」という境目を使って計算しました。128種類から30個を選ぶ組み合わせは、全部で約1.5×10の29乗通りあります。その中で、たがいに区別できる液がいくつ作れるかを数学の方法で見積もりました。答えは約1.7兆。こうして「少なくとも1兆種類」という結論になりました。

032015年、2本の論文が「その計算では1兆とは言えない」と反論した

2015年7月、2014年の研究への反論が2本、同時に発表されました。載ったのは、オンラインの科学雑誌「イーライフ（eLife）」です。どちらも、実験そのものではなく、実験の結果から「1兆」を出した計算を問題にしています。

同じデータでも、計算の条件しだいで答えは5000種類未満にも、すべての組み合わせにもなった

1本目は、ゲルキン（Richard Gerkin）とカストロ（Jason Castro）の論文です。2人は、アメリカのアリゾナ州立大学とベイツ大学の研究者です。ゲルキンたちは、2014年の論文が公開した元のデータを使い、同じ方法で計算し直しました。そして、実験の条件を少し変えたら答えがどうなるかを試しました。

すると、答えが大きく動きました。元の参加者と同じような人があと100人ほど多ければ、同じ計算は「10の29乗通りを超える液の、すべてが区別できる」という答えになります。逆に、統計の判定を少しきびしくすると、答えは5000種類より少なくなりました。昔の「1万種類」より少ない数です。

ゲルキンたちは、もう1つの問題も指摘しました。2014年の研究が使った式は、本当は「多くてもこのくらい」という上限を出す式だ、というのです。もしそうなら、計算から言えるのは「多くても1兆種類」になります。2人は、元の主張を支える証拠はない、と結論しています。

においを3種類しか区別できない架空の生き物でも、同じ計算で約1兆と出た

2本目は、マイスター（Markus Meister）の論文です。アメリカのカリフォルニア工科大学の研究者です。マイスターは、論文の最初で「この主張は間違っている」と書いています。

マイスターは、計算の方法そのものを試しました。まず、頭の中で単純な微生物を作ります。この微生物は、混ざったにおいの中の「引きよせられるにおい」と「さけるにおい」の数を比べ、3種類の反応のどれかをするだけです。この微生物に同じテストと計算をあてはめると、答えは約9000億、つまり約1兆になりました。でも、この微生物が区別できるにおいは、作り方からして3種類までです。

マイスターは、同じ方法を人の色の見え方にもあてはめました。色の見え方はくわしく分かっているので、計算で試せます。すると、人は少なくとも10の27乗種類の色を見分けられる、さらには無限に見分けられる、という答えになりました。実際に実験で分かっている数は、数百万種類です。マイスターは、この計算方法は、答えが分かっている問題で試すと失敗する、とまとめています。

04元の研究チームは「1兆はけたの目安だった」と答え、のちに論文の訂正も出した

元の研究チームも、答えの文章を公開しました。反論が載る前日の2015年7月6日のことです。書いたのは、マグナスコ（Marcelo Magnasco）、ケラー、ヴォスホールの3人です。ほかの専門家の審査を受ける前の論文として公開されました。

3人はまず、自分たちの計算のねらいを説明しました。区別できるにおいの正確な数を決めることではなかった、というのです。ねらいは、人の鼻の力が「だいたい何けたの数か」を示すことでした。また、論文の中で「少なくとも」と「多くても」の両方の言い方をしていて、まぎらわしかったことを認めました。

そのうえで、3人は反論しました。においを感じる鼻のセンサー（受容体）は、約400種類あります。だから、においは多くの軸を持つ感覚だと考えるのが自然だ、というのです。そして、マイスターの考え方にそって計算し直しても、においの軸（次元）が25以上あれば、自分たちの結果は成り立つと書いています。ただし、においの次元がいくつあるかは「確かには分からない」とも書いています。

2016年の訂正で、元のチームは「計算の前提を4つ書き忘れていた」と認めた

2016年8月18日、元の研究チームは、サイエンス誌の論文に訂正を出しました。2024年2月には、著者の希望で、この訂正が正式な「訂正記事」として登録し直されています。

訂正の中で、研究チームは、1兆を出した計算が4つの前提に立っていたのに、論文に書いていなかったと認めました。

• 1つ目：どの成分をどう入れかえても、においの変わり方は同じくらいだとみなしたこと。
• 2つ目：においを表すのに必要な数（次元。深掘り講義で説明します）が多いとみなしたこと。次元が少ないと計算は成り立たない、とも認めています。
• 3つ目：区別できる液の数を、簡単な近似で数えたこと。きちんと計算すると、確実に言える最低限の数は、見積もり（約1.7兆）より1けた小さくなると書いています。
• 4つ目：違いがどんなに小さくても、統計で「区別できた」と出たものは数えたこと。ただし、違いの大きさによく使われる基準をつけても、見積もりは成り立つとしています。

研究チームは、前提を外すと数がいくらでも小さくも大きくもなりうる、と指摘されたことも書いています。そして、計算のねらいは正確な数ではなく、けたの目安だった、とくり返しました。

LECTURE

深掘り講義

ここから先は、もう一段深く。しくみ・史料・論争まで踏み込みます。

においを表すのに、いくつの数が必要なのかが分かっていない

2015年の論争の中心は、「においの次元」でした。次元とは、ここでは「1つのにおいを表すのに必要な数の個数」のことです。色で考えると分かりやすくなります。人の目には、色を感じる細胞が3種類あります。そのため、どんな色でも、3つの光を混ぜれば同じに見せられます。つまり色は、3つの数で表せる3次元の感覚です。

においはどうでしょう。鼻には、においの分子を受けとるセンサー（受容体）が約400種類あります。マイスターは、センサーの数だけを見ると、においは400次元に見えると書いています。でも、頭の中で感じるにおいの次元がいくつなのかは、分かっていません。マイスターの論文の表では、人のにおいの感じ方の次元は「1〜20？」と、はてなマークつきで書かれています。

次元の数は、かぎ分けられるにおいの数に大きく効きます。マイスターによると、区別できる数は、次元が1つ増えるごとに何倍にもなっていきます。2014年の実験の結果は、次元が少ないと考えれば10種類とも合い、多いと考えれば1兆種類とも合います。元の研究チームは、次元が25以上なら自分たちの結果は成り立つとし、においは次元の多い感覚だと考えるのが自然だ、としています。マイスターは、次元の数がまだ分かっていない以上、どちらとも決められないという立場です。

「分子の数」と「かぎ分けられるにおいの数」は別の問い

2014年の論文は、昔の「1万」という数が、別の意味でも使われてきたと書いています。かぎ分けられるにおいの数のほかに、「世の中にあるにおいの分子の数」や「人がかげる分子の数」としても使われてきた、というのです。

2022年、アメリカの研究チームは、分子がにおうための条件を調べました。分子が空気中に出られること、鼻の中のねばねばした膜にとけこめること、においのセンサーのくぼみに入りこめること、の3つです。この3つの条件を、ありうる小さな有機分子の一覧にあてはめると、においを持ちうる分子は少なくとも400億種類ある、と見積もりました。これは、においの分子の数の話です。人が区別できるにおいの数とは、別の問いです。なお、この研究チームには、2015年に反論を書いたゲルキンも入っています。

「人の鼻はにぶい」という考えは19世紀に広まった

2017年、アメリカの神経科学者マッギャン（John McGann）は、「人の嗅覚が弱いというのは19世紀の作り話だ」という題の論文を書きました。マッギャンによると、きっかけの1つは、フランスの解剖学者ブローカです。ブローカは1879年、においにたよって行動が決まる動物と、そうでない動物に、哺乳類を分けました。人を後者に入れた理由は、においの能力を測ったからではありませんでした。脳の前の部分が大きく、自分の意思で行動を選べるから、という考えにもとづいていました。

マッギャンは、実際に比べると、人はいくつかのにおいで、ネズミや犬より敏感だと紹介しています。たとえば、人の血のにおいの成分の1つには、人のほうがマウスより敏感です。マッギャンは、1兆という数そのものは仮定に左右されやすいとしながらも、人の嗅覚がすぐれていることははっきりしている、と書いています。

05まとめ

2014年の研究は、においの分子を混ぜた液を26人にかぎ分けてもらい、そこから「人は1兆種類以上のにおいをかぎ分けられる」と計算しました。でも2015年、2本の論文が、その計算方法では数が決まらないと反論しました。同じ計算を、においを3種類にしか分けられない、頭の中で作った生き物にあてはめても、答えは約1兆になったのです。

元の研究チームは、1兆はけたの目安だったと説明し、2016年には、計算の前提を書いていなかったことを認める訂正も出しました。昔の「1万種類」も、1927年の計算の6561を丸めた数で、実験で確かめた数ではありませんでした。人がいくつのにおいをかぎ分けられるかは、2014年の研究のあとも、まだ分かっていません。