Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Вернемся теперь к нашему первому вопросу: можно ли предсказать, как будет пахнуть химическое вещество, просто посмотрев на его молекулярную структуру? И наоборот, можно ли создать молекулу с конкретным желаемым ароматом?

На оба вопроса можно ответить кратко: нет. Чарльз Селл, химик, занимающийся созданием новых ароматов, много раз получал такие задания и в конце концов суммировал свои выводы в статье с совершенно недвусмысленным названием: «О непредсказуемости запахов». Его аргументация сводится к чрезвычайной сложности ольфакторного кода, которая не дает ученым анализировать и воспроизводить запахи со сколько-нибудь заметной точностью [1].

Однако, если выдвинуть более скромные требования и ограничить запрос определенным типом запаха или группой химических структур, ситуация окажется более оптимистичной: мы сможем воспроизвести натуральный, природный запах с помощью молекул, придуманных и синтезированных в лабораторных условиях. Крупные исследовательские группы (в том числе и организованная Чарльзом Селлом) потратили немало времени и средств на синтез новых химических веществ с заданным запахом, но при этом более простых в производстве, более экономичных или менее токсичных, чем те, которые встречаются в природе [2].

Проблема в том, что обонятельная система оказалась гораздо более сложной, чем полагали ранее, а потому все исследования в этой области идут медленно и с трудом. Чтобы изучать такую хитрую систему, приходится строить упрощенные модели, подчас довольно далекие от реальной биологической картины и дающие очень грубые и ограниченные результаты. Но результаты хотя бы есть, и это уже хорошо.

Возможно, у читателя уже появилось ощущение, что мы задаем слишком много вопросов и вообще вот-вот заблудимся в лабиринте, из которого уже не выберемся.

Стало быть, самое время вернуться к эмпирике, к тем простым, знакомым ольфакторным явлениям, из-за которых утренняя чашка кофе так вкусна и бодряща, открытые двери кондитерской так заманчивы, а какой-нибудь старый кларет хочется пить с закрытыми глазами, погрузившись в мечты. Впрочем, само собой, обонятельный опыт бывает и неприятным – зато он помогает нам обходить маленькие подарочки, оставленные на тротуаре чьей-то собакой, и предупреждает, что холодильник пора почистить (и сделать это стоило еще позавчера).

Давайте соотнесем каждый такой опыт с той или иной молекулярной структурой и попробуем прочесть запахи, пользуясь языком химии. Для этого нам придется максимально упростить входящие данные и выбрать ряд конкретных запахов и молекул. Проблема, однако, в том, что большинство воспринимаемых нами запахов порождаются сочетаниями множества разных молекул, каждая из которых воздействует на наши хемосенсорные нейроны по-своему, вызывая в них комплексные реакции. Так обстоит дело почти со всеми ароматами, с которыми мы сталкиваемся во время приготовления и употребления пищи, да и в целом в окружающей среде. Всякий такой запах рождается от множества разных химикатов, которые формируют перцептивные картины и эмоции только сообща и только в данной относительной пропорции: примерно так же звуки разных инструментов в оркестре образуют симфонию.

Но бывает и так, что аромат цветка, или какого-нибудь характерного овоща, или просто посторонний запах в конкретной ситуации образуется одним-единственным химическим соединением. Эти случаи – самые интересные и самые полезные для наших целей. Давайте начнем именно с таких примеров, когда источники физического ощущения, то есть молекулы, и их отношения с запахом достаточно легко увидеть и описать.

Производя такой анализ, нужно держать в голове два основополагающих принципа, которые мы подробно обсудим в одной из следующих глав, но познакомиться с которыми стоит уже сейчас.

1. Молекулы пахучих веществ взаимодействуют с совершенно определенными белками, имеющими уникальные приёмные слоты, – примерно как ключ и замок.

2. Распознавание одоранта белком (соответствие скважины ключу) в значительной степени зависит от стереохимических параметров; проще говоря, размер и форма молекулы одоранта имеют первоочередное значение.

Но, прежде чем приступить к анализу структурных элементов этих летучих молекул и тех разнообразных запахов, которые они порождают у нас в носу, давайте отметим один факт, вроде бы очевидный, но не так уж легко объяснимый. Еще до того как мы сознательно узнаем запах и дадим ему имя, организм уже знает, нравится он ему или нет. Это не рациональный анализ, а спонтанная реакция. Один и тот же запах может показаться прекрасным или отвратительным, приятным или отталкивающим в зависимости от его силы, ситуационного контекста и самого субъекта восприятия. Бывает, что нам нравится запах, который в иных обстоятельствах кажется совершенно неприемлемым; или, допустим, в низкой концентрации он вполне приемлем, а в высокой уже невыносим. К тому же многое зависит от воспоминаний и ассоциаций, а при контакте с запахом эти воспоминания и ассоциации всплывают на удивление быстро. Тут же возникает интересный вопрос: есть ли на свете запахи, которые всегда воспринимаются как хорошие или дурные всеми представителями нашего вида – независимо от культуры, прошлого опыта и физиологических различий?

Вопрос очень непростой. У него много разных аспектов, и вскоре мы обсудим его подробнее, однако предварительный ответ можно дать уже сейчас. Действительно, существует много запахов, на которые люди по всему миру реагируют одинаково. Скверные запахи (испорченная пища, пожарище, разлагающийся труп) сигнализируют об опасности, хорошие (готовящаяся пища, спелые фрукты, чистый лесной воздух) сообщают о чем-то приятном.

Весьма вероятно, что в подобных случаях отношение к запахам – следствие эволюционной адаптации. У тех, кто отказался есть испорченную или зараженную пищу, спасся от пожара или из другой опасной ситуации, появилось больше шансов передать свои гены потомству. Качественная пища и чистый воздух, со своей стороны, обеспечивают лучшее самочувствие, более долгую жизнь и здоровых детей.

Жизнь прочих животных, от насекомых до млекопитающих, критическим образом зависит от правильной интерпретации обонятельных сигналов, но у нас, людей, многое зависит от культуры и традиции. В большинстве ситуаций запахи утратили над нами власть, но все еще продолжают дарить нам ощущения, приятные и отталкивающие, которые теперь служат просто предупреждением, но никак не приказом, обязательным к исполнению.

Неприятные запахи

Давайте начнем со скверных, вонючих запахов, в том числе таких, которые по-настоящему трудно выносить. Интересно, что они относятся к конкретным функциональным группам: карбоксильной (углерод связан с двумя атомами кислорода в конце цепочки), тиольной (в образовании участвует сера, – SH) или аминовой (атом азота соединен с одним, двумя или тремя атомами углерода). Эти функциональные группы ведут себя активно и очень определенно, так что молекула начинает передавать прямую, интенсивную и недвусмысленную информацию.

Дурные запахи предупреждают об опасности, о ситуациях, которых следует избегать, и потому их послания должны быть очень ясными и убедительными. Фактически это жесткие предупреждения и приказы: «СТОЯТЬ!», «ПРОЧЬ!» или «НА ПОМОЩЬ!». Они похожи на дорожные знаки, сообщающие водителям четкую и мгновенно воспринимаемую информацию, не нуждающуюся в дополнительных объяснениях. Поэтому было бы практичнее и эффективнее, если бы запахи, переносящие такие сведения, были присущи всем соединениям одного химического класса. Вероятно, именно поэтому ольфакторные сигналы опасности (в отличие от большинства других запахов, привязанных скорее к форме молекулы в целом) закодированы именно в функциональных группах, определяющих классы химических соединений, которые типично возникают в ситуациях, несовместимых с благополучием, а подчас и с жизнью живых существ. Давайте поясним на всем хорошо знакомых примерах.