Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

С лингвистической точки зрения уместно будет сравнить этот феномен с древними текстами народности наши (их еще называют донгба), которая населяет северный регион Юньнань в Китае. Предки современных донгба пользовались пиктограммами: они не писали слова, а сразу обозначали понятия. Где-то в середине 90-х годов XX века увидел свет донгба-китайский словарь; в нем были даны объяснения каждой пиктограммы, а не точные их переводы. Так вот, наши сборники ароматических описаний – например, классический Арктандер [1], – в которых запахи ассоциируются с химическими соединениями, представляют собой примерно такие же словари.

Описывая запахи и давая имена ольфакторным переживаниям, мы делаем огромный шаг к пониманию взаимосвязей между химической структурой и запахом. Бывает, что мы находим два очень похожих запаха и сразу принимаемся искать черты сходства в их молекулярной структуре. Первым этапом на пути научной организации обонятельного опыта как раз и стала попытка сгруппировать типы запахов в семейства и понять, что общего между их членами на уровне молекулярного строения.

Эта методика заставила ученых придумать ряд классификаций, основанных на некотором количестве базовых запахов – в этом контексте их называют основными ароматами, по аналогии с основными цветами нашей визуальной системы [2]. Это был основной тренд исследований в области обоняния в 60–70-х годах XX века, до того как в дело вмешалась новая научная отрасль – биохимия.

Несколько групп ученых предложили свои версии таких списков, базирующихся на повседневном эмпирическом опыте. Увы, они так и не смогли прийти к единому мнению даже относительно количества этих основных ароматов: одни насчитывали всего семь, другие – целых 50. Но даже самый длинный список все равно отставал от нескольких сотен типов ольфакторных рецепторов, которые в скором будущем открыла молекулярная биология.

По контрасту с такой пугающей сложностью ольфакторного кода со вкусом у нас все невероятно просто: вкусовых ощущений мы знаем всего пять. Именно благодаря этой незамысловатости алфавит вкусового кода был расшифрован еще в древние времена – до того, как за дело взялась наука. Классификация вкусов по четырем категориям – сладкий, горький, соленый, кислый – не менялась веками и лишь недавно полностью подтвердилась данными молекулярной биологии. Пятый основной вкус, именуемый японским словом умами, и соответствующий ему избирательный рецептор добавили в систему в самое последнее время: это знакомый и характерный белковый вкус мясного бульона, ранее считавшийся результатом одновременной стимуляции сладкого и соленого рецепторов. Эта вкусовая модальность реагирует на некоторые аминокислоты – прежде всего на глутаминовую. Любопытно, что, еще до того как умами признали пятым вкусом, восточная кулинария веками добавляла глутамат в супы и прочие блюда, чтобы сделать их аппетитнее. На Западе вместо него используются концентраты мясного бульона, в которых глутамат тоже служит одним из основных ингредиентов.

Итак, вкусовой и цветовой код объединяет простота. Именно благодаря ей эти коды удалось расшифровать чисто эмпирическим путем и задолго до эпохи научных исследований. Эта же самая простота мастерски обманула ученых, вообразивших, что и обоняние может строиться на столь же несложной системе.

Между тем классифицировать запахи и декодировать их химический язык оказалось необыкновенно трудно – одно это уже должно было навести нас на мысль, что ольфакторный код гораздо сложнее и основан на куда большем количестве элементарных обонятельных ощущений. Ученые очень долго отвергали саму идею, что у нас в носу есть сотни разных ольфакторных рецепторов, считая ее маловероятной и, что еще важнее, неэкономичной. В конце концов, обоняние не так важно, как зрение (по крайней мере, у людей), так с чего бы природе вкладывать столько энергии в синтез сотен белков, способных распознавать запахи, когда для различения цветов хватает всего трех рецепторов?

Возьмем вкус: он осуществляет примерно такую же задачу – анализирует химический состав окружающей среды при помощи крайне ограниченного количества сенсоров. Очень простое, экономичное и эстетически куда более привлекательное решение!

Да, наше эстетическое чувство вообще очень сильно влияет на то, как мы воспринимаем природу, и не дает анализировать экспериментальные данные с достаточной объективностью. С другой стороны, некоторые наблюдения вполне подтверждают ту гипотезу, что природа устроена красиво и просто. Двойная спираль ДНК – типичный пример такой красоты и простоты. Важнейшее ее свойство – умение умножать себя – непосредственным образом связано с архитектурой этой молекулы, свободной от всего лишнего, устойчивой и гармоничной, как романская церковь. Если бы понадобилось придумать самовоспроизводящуюся молекулу, вряд ли удалось бы сделать что-то проще и прекраснее четырехосновной ДНК.

Однако подчас за этим простым и красивым фасадом прячется очень сложная биология. Сложность и избыточность не всегда оправданы функционально – часто это просто промежуточный результат эволюционного процесса, который пока еще не нашел оптимальное решение. Но бывает и так, что сложность – единственный способ справиться с массой разных биологических факторов, а недостаточность знаний пока не дает нам толком оценить стоящую за всем этим логику.

Именно так обстоит дело с обонянием, и именно поэтому у нас ушло столько времени на выявление биохимических механизмов, работающих в такой важной сфере повседневной жизни.

Так сколько же всего существует основных запахов?

Как мы уже говорили, стремление ученых упрощать, группировать и строить максимально фундаментальные модели привело к разбиению запахов всего на несколько десятков элементарных ощущений – по контрасту с сотнями ольфакторных рецепторов, имеющихся у каждого млекопитающего.

На этом этапе, после того как молекулярная биология наконец выявила гены, кодирующие обонятельные рецепторы, и обнаружила, как их неожиданно много, нам придется задать себе очередной неудобный вопрос: зачем нам вообще нужна такая громоздкая и, скажем прямо, избыточная система? Ответ всегда был буквально у нас под носом – лучше уж спросить, почему мы не нашли его раньше.

Мы уже сравнивали обонятельный код со зрительным; теперь давайте обратимся еще к одной сенсорной системе – слуху. Наши органы слуха содержат несколько тысяч разных чувствительных элементов, каждый из которых настроен на определенную длину волны. Зачем нам их так много? Представьте, что вы находитесь в заполненной народом комнате и разговариваете с другом; кругом все тоже болтают, шумят, а на заднем плане, возможно, еще и играет музыка. При всем этом мы как-то умудряемся вести беседу и понимать смысл звуков, исходящих изо рта нашего визави, несмотря на высокий уровень и многообразие фонового шума. Это возможно только благодаря нашему сложному слуховому аппарату.

Если бы звуковых рецепторов у нас было всего несколько и каждый воспринимал довольно обширную часть спектра (как это устроено с цветовым зрением), мы бы слышали только некий набор усредненных сигналов, в которых все звуки были бы перемешаны в кашу, не позволяющую выделить отдельные компоненты. Для нас очень важно уметь слышать каждый звук, каждое отдельное слово, изолируя их от фонового шума, – просто чтобы поддерживать адекватную коммуникацию. Та же самая сложная система дает возможность наслаждаться звуком скрипки в оркестре или слышать, когда кто-то зовет нас по имени в метро в час пик.