Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Для распознавания цветов такая высокофункциональная система не нужна. Главная разница между цветовым зрением и слухом заключается в том, что цвета смешиваются, и мы в итоге воспринимаем усредненную информацию, а звуки – нет, и мы слушаем все индивидуальные первоначальные сигналы.

Все те же соображения можно применить к обонянию и химической коммуникации. Наше окружение буквально наводнено разными запахами; для нас жизненно важно уметь засечь и распознать отдельные ольфакторные послания посреди тысяч других химических стимулов. Людям обойтись без этого проще, но у почти всех других видов животных выживание зависит от правильного функционирования обонятельной системы. Хищник выслеживает добычу по запаху – и останется голодным, если не выследит; добыча сохранит себе жизнь, только если вовремя заметит присутствие хищника и сумеет остаться от него на разумном расстоянии. Самец насекомого летает по лесу и должен уметь распознать сидящую на дереве самку своего вида, которая возвещает о своем присутствии особыми феромонами. Это не слишком простая задача, учитывая, сколько кругом всяких запахов – включая и феромоны других насекомых сходных видов.

Для нас, людей, обоняние больше не входит в число жизненно важных способностей, хотя давным-давно, на заре нашей цивилизации, ситуация, скорее всего, была другой… да что там, она была другой еще совсем недавно! Сейчас мы спокойно полагаемся на срок годности, указанный на упаковке любого продукта, не слишком раздумывая, можно ли употреблять его в пищу или уже не стоит, – хотя наше обоняние вполне способно провести быстрый химический анализ в реальном времени и внятно предупредить, если пища хотя бы немного заражена или в ней начались пока еще скрытые реакции распада.

Мы до сих пор пользуемся обонянием, чтобы засечь утечку бытового газа или подгоревший в духовке пирог. И, понятное дело, именно оно дает нам возможность в полной мере насладиться изысканным блюдом или бокалом вина с его тончайшими оттенками аромата, вкупе создающими богатые, сложные ощущения, а не просто сливающимися в нечто неопределенное и невыразительное. Описывая вино, мы, кстати, очень уместно сравниваем его с симфонией обонятельных и вкусовых нот. Все это было бы попросту невозможно с каким-нибудь десятком ольфакторных рецепторов.

Итак, мы можем с полным правом заявить, что столь сложная обонятельная система, критически важная для выживания большинства видов животных, не простаивает зря и у нас, людей: она помогает нам наслаждаться жизнью и ценить ее радости.

Исходя из всего вышесказанного, слуховая система будет более удачным аналогом обонятельной, чем куда более простая – хотя и более эстетически привлекательная – зрительная. Однако здесь нужно понимать, что ольфакторный язык – вне всяких сомнений, более сложный, чем цветовой код, – все же уступает в комплексности, детализированности и избирательности нашей способности распознавать звуки. Получается, что обоняние пользуется стратегиями, которые находятся где-то между зрительными и слуховыми, но все же ближе к последним.

Долгий квест по дешифровке ольфакторного кода и определению базовых элементов химического языка, которые способен распознать наш нос, начинался в свое время с очень простых наблюдений и довольно грубых корреляций. На протяжении нескольких десятилетий ученые синтезировали тысячи молекул с одной-единственной целью: изучить их ароматические характеристики. Структура уже известных одорантов тоже не осталась неизменной: ее активно меняли и модифицировали, чтобы посмотреть, как это отразится на запахе.

Все эти исследования, разумеется, не смогли дать исчерпывающую расшифровку языка запахов – он до сих пор во многом остается тайной за семью печатями, – но зато породили множество очень интересных веществ, обладающих искомыми запахами, но при этом более безопасных, стабильных, простых и дешевых в производстве, чем их натуральные прототипы. Плюс к этому объединенные усилия целых поколений химиков привели к формированию обширнейшей базы данных, заложивших со временем основу для биохимического и молекулярно-биологического изучения обоняния.

Психофизический метод, которым пользовались с самого начала, был довольно примитивен. Ученые старались построить систему корреляций между молекулярной структурой и запахом, минуя все биохимические реакции и физиологические процессы, переводящие химическую информацию, закодированную в молекулах одорантов, в воспринимаемые человеком ольфакторные ощущения.

Обонятельная система человека – вся, от носа до мозга – похожа на плотно закрытый и не открывающийся черный ящик, у которого есть только входной и выходной слоты. До возникновения молекулярной биологии он так и оставался закрытым, и это вело к появлению самых разных теорий: если в одних еще имелось какое-то научное зерно, то другие были целиком и полностью плодом воображения. Ученые мужи в основном обсуждали эти умозрительные гипотезы, а не экспериментальные данные; казалось, все отчаянно боятся открыть этот ящик Пандоры: вдруг там обнаружится труп или будет снято какое-то магическое заклинание, хранящее человеческий род от беды?

Я достаточно давно вращаюсь в научных кругах и имел возможность наблюдать развитие этого научного поля, так сказать, от самых истоков. Каждый, пусть даже малейший намек на то, что находится внутри черного ящика, вызывал у нас взрыв энтузиазма. Где-то к началу 70-х годов XX века биохимия уже была устоявшейся наукой: она успела открыть и идентифицировать рецепторы для нейтротрансмиттеров и гормонов. Однако ее экспериментальные методы еще оставались довольно грубыми и требовали относительно больших объемов биологического материала. Молекулярная биология тогда только зарождалась, а об эпохе геномов даже никто и не мечтал.

Поэтому, вместо того чтобы сразу обратиться к сути проблемы и заняться изучением белков, распознающих запахи (в те времена применение биохимических методов к обонянию выглядело делом трудным и рискованным), ученые – по большей части химики-органики – исследовали механизмы ольфакторного кодирования, вообще не открывая черный ящик. Они просто допрашивали систему, стараясь задавать правильные вопросы.

Вопросы задавались в виде летучих молекул, которые отправлялись в нос с разными посланиями. Далее респонденты – владельцы носов – давали на них ответы, пользуясь вербальными описаниями, то есть делились своим обонятельным опытом с помощью обыденных слов и выражений. Сравнивая описания со структурными элементами одорантов, ученые постепенно собирали информацию о типах кодов, опираясь на которые нос считывает химическую информацию.

Мы с вами сейчас можем пройти по их следам, но уже в свете того, что узнали гораздо позднее через молекулярную биологию. Именно она снабдила нас наконец правильными инструментами, чтобы открыть черный ящик и своими глазами увидеть, что творится внутри.

Ключевой этап ольфакторного восприятия – это расшифровка химической информации, принесенной молекулами пахучих веществ, и перевод ее в электрические сигналы, которые далее отправляются прямиком в мозг. Сейчас мы уже знаем, что за этот перевод отвечают периферийные ольфакторные нейроны, и в особенности белки-рецепторы, сидящие на мембранах ресничек.