Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Итак, на протяжении эволюции приматов мы стали свидетелями перехода от внутривидовой коммуникации, зависящей от телесной секреции, к более комплексным отношениям между индивидуумами, опирающимся в основном на зрительные и слуховые элементы. Ольфакторные же элементы до некоторой степени сохраняются, но уже утратили характер непреложных команд. Теперь переносимая ими информация тоже может влиять на поведение, но только после того как будет отфильтрована и апробирована разумом.

В этой и предыдущих главах мы с вами рассмотрели один интересный аспект ольфакции: в его рамках запахи обретают силу приказов, которым особи соответствующего вида повинуются автоматически и не рассуждая. У насекомых дело обстоит именно так. С одной стороны, феромоны лишают особь личной воли и превращают фактически в маленьких роботов, сконструированных самой природой. Правда, при этом они регулируют жизнь социальных насекомых настолько мастерски и организованно, что сообщество в целом обретает способности, далеко превышающие способности отдельных его частей, превращаясь практически в суперорганизм. Если применить эту идею к клеткам нашего тела, она уже не покажется такой странной и неправдоподобной.

С другой стороны, если оставить в покое насекомых и перейти к млекопитающим, нам придется немедленно изменить свои представления о феромонах и согласиться, что на действие ольфакторных сообщений, будь они сколько угодно интенсивными и конкретными, могут влиять другие химические стимулы (возможно, временно присутствующие), а также визуальные и слуховые сигналы. Следовательно, один и тот же феромон может вызывать реакции разной силы у разных индивидуумов, в разных ситуациях и даже при разной личной истории реципиента. Память и ассоциации играют в жизни млекопитающих серьезную роль; прошлый опыт может усиливать действие феромона и способствовать формированию специфической поведенческой реакции. Стремление новорожденных мышат к соску устанавливается только после того, как они понюхают мать, – иными словами, это выученное поведение; у кроликов, напротив, одна и та же молекула вызывает к жизни врожденный паттерн поведения у всех детенышей. Можно ли оба эти примера классифицировать как феромональную коммуникацию? Среди ученых нет полного согласия на этот счет, и одной только семантикой термина дебаты не исчерпываются. Для полного понимания темы требуется более подробное изучение того, как именно производится химический сигнал и как он обрабатывается мозгом реципиента.

Но все становится еще сложнее, когда ход эволюции подводит нас вплотную к приматам и людям. Различия между феромонами и запахами, влияющими на настроение, эмоции и принятие решений, становятся невероятно затейливыми и тонкими из-за «загрязнения» феромонального сообщения запахами окружающей среды, а также зрительными и слуховыми стимулами, которые становятся тем сильнее, чем выше мы поднимаемся по эволюционной цепи. Когда все кругом так сложно, мы охотно можем понять ученых, которые простоты ради полностью отрицают наличие феромонов у млекопитающих и ограничивают их действие химической коммуникацией между насекомыми одного вида.

До сих пор мы исследовали свой повседневный ольфакторный опыт и старались пропустить ощущения и эмоции через рациональный научный фильтр. Ученые многократно пытались классифицировать запахи и связать их со структурными элементами молекул, которые их порождают и переносят. Чтобы придать им организованность, мы сравнивали ольфакторные стимулы (то есть молекулы) с обонятельными ощущениями, стараясь описывать их в знакомых бытовых понятиях: когда бензальдегид, скажем, пахнет горьким миндалем, цитронеллаль – как лимон, а 1-октен-3-ол – как грибы.

Это вполне легитимный и удобный подход, когда нужно привести в порядок миллионы наших ольфакторных впечатлений, но в том, как именно зашифрованная в структуре молекулы информация становится сообщением, доступным для восприятия мозгом, мы пока продвинулись не слишком далеко.

Здесь нам на помощь приходят физиология и биохимия.

За распознавание структур одорантов и корректный перевод их в электрические импульсы отвечают специфические белки. Как им удается безошибочно выполнять такую сложную задачу? На этот вопрос способна ответить биохимия. Она же занимается ольфакторным кодом на молекулярном уровне. Одорант вызывает электрический сигнал, который затем усиливается, обрабатывается, миксуется и отсылается в мозг, где в итоге возникает обонятельный образ. Физиология, в свою очередь, объясняет, как на этом маршруте возникают нейронные связи и как нейроны обмениваются информацией.

Теперь у нас появилась возможность проследить ольфакторное сообщение от самого начала (летучей молекулы) до самого конца (вызванного ею поведения) через все уровни обработки и соответствующие им анатомические структуры.

У людей ольфакторный эпителий находится в верхней части носовых пазух. Он состоит из слоя ольфакторных нейронов, расположенных по всей его толщине и перемежающихся поддерживающими и стволовыми клетками (см. рис. 20).

Ольфакторные нейроны обладают потрясающей способностью очень быстро восстанавливаться. Ученые установили, что их период обновления составляет всего две недели. Такая регенерация особенно поражает воображение, учитывая, что нейроны головного мозга уже почти полностью утратили эту способность. Во взрослом возрасте наш мозг ежедневно теряет некоторое количество нейронов, которые потом не восстанавливаются. Ольфакторные нейроны обновляются так легко из-за присутствия в эпителии примитивных и многофункциональных стволовых клеток, которые способны превращаться в более чем 1000 типов разных ольфакторных нейронов. Более того, ученым удалось получить нормальных, здоровых мышей, имплантируя ядро зрелого ольфакторного нейрона в яйцеклетку. Эти назальные стволовые клетки в последнее время очень пристально изучают: возможно, ими удастся заменить эмбриональные стволовые клетки, которыми сейчас пользуется медицина.

Рисунок 20. Обонятельный эпителий расположен в верхней части носовых пазух. Ольфакторные нейроны (ORN) сидят внутри обонятельной слизистой в окаймлении поддерживающих (SC) и прочих клеток, высовывая хвостики во внешнюю среду. Хвостики заканчиваются пучками ресничек, покрывающих открытую запахам поверхность. На другом конце нейрона длинный аксон проходит через решетчатую кость черепа и достигает обонятельных луковиц (ОВ), где каждая гломерула (G) собирает сигналы от всех ольфакторных нейронов, реагирующих на данный запах, и посылает информацию в центральные области мозга.

Ольфакторный нейрон, очень напоминающий нейроны головного мозга, состоит из клеточного тела и двух длинных хвостиков. Первый пронизывает всю толщину эпителия и достигает внешней среды. Здесь он выходит в окружающую среду пучком ресничек, похожих на лепестки цветка и готовых улавливать молекулы одоранта. На самом деле основное назначение этих ресничек – увеличивать поверхность контакта между нейроном и окружающей средой.