Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Но что насчет людей? У нас есть такой вомероназальный орган? Это очень важный вопрос, так как из него вытекает еще один – о самой возможности феромональной коммуникации у нашего вида. Но подождите, обо всем этом мы поговорим позже, в десятой главе.

Мы уже говорили о том, что в отличие от обонятельного вкусовой язык основан на очень простом алфавитном коде, состоящем всего из пяти букв. Абсолютно все вкусовые ощущения можно отнести к сладким, горьким, соленым, кислым и умами. Столь же простая система повторяется и на уровне белков-рецепторов, эти ощущения регистрирующих. Здесь мы снова встречаем 7-ТМ рецепторы, сходные с ольфакторными и тоже парные G-белкам. Процедура, ведущая к открытию ионных каналов и генерации электрического потенциала, тоже идентична ольфакторной.

Но сама система гораздо проще: один-единственный рецептор для сладких соединений, один – для умами и несколько – для горьких веществ. С соленым и кислым вкусом все еще элементарнее: в этих случаях ионные каналы активируются непосредственно солями и кислотами.

Горечь как предупреждающий сигнал

Горький вкус часто служит предупреждающим сигналом, так как связан с потенциально токсичными веществами. Избегающее поведение как реакция на горький вкус развилось эволюционно по той простой причине, что особи, не воспринимающие вкус ядовитых растений (или считающие его приятным), заканчивали жизнь раньше, чем успевали передать свои гены следующему поколению. В природе встречаются тысячи алкалоидов и других горьких на вкус соединений.

У разных видов разное количество вкусовых рецепторов: от трех у кур до 50 у амфибий. У человека их по меньшей мере 25. Они называются T2R (вкусовыми рецепторами класса 2); за аббревиатурой обычно следует цифра. Эти рецепторы находятся во вкусовых почках желобовидных сосочков, расположенных в задней части языка, а их стратегия во многом схожа с хеморецепцией у червячка. Вместо одного типа белка-рецептора на сенсорную клетку, как в обонянии, мы имеем здесь сразу по несколько горьких рецепторов в одной вкусовой почке. Информация вследствие этого становится размытой и неспецифичной, но само сообщение звучит предельно ясно: от этого вещества нужно держаться подальше. Простая система иногда бывает преимуществом.

Тогда почему же, спросите вы, многие ценят горький вкус темного шоколада, кофе, некоторых овощей и диджестивов? За долгие годы эволюции мы узнали, что немало горьких продуктов совершенно безопасны для здоровья, а культура научила нас их любить. Заметьте, что дети не любят ничего горького, а вот сладкое обожают с рождения. Как же нам удается различать оттенки горечи? Хотя в одной вкусовой почке расположено сразу по несколько рецепторов, не все они собраны в пучок, так что некоторое различение все-таки возможно. Однако отличить, скажем, темный шоколад от кофе без сахара нам, скорее всего, помогают ольфакторные ноты, сопровождающие вкусовую основу, – именно они обогащают вкусы и делают каждый из них уникальным.

Сладкий вкус и умами служат индикаторами хорошей пищи

Сладкий вкус и умами (вкус глутамата, доминирующего в мясном бульоне) регистрируются даже еще более простой системой. У нас всего три рецептора первого типа, T1R 1, T1R 2 и T1R 3. Эти три элемента формируют гетеродимеры, представляющие собой уже реальные активные рецепторы: сочетание T1R 1 и T1R 3, например, регистрирует умами, а димер T1R 2 и T1R 3 – химические вещества со сладким вкусом.

Довольно неожиданно, что один-единственный вкусовой рецептор работает с таким широким спектром сладких веществ. Сахара, такие как глюкоза и сахароза, структурно очень сильно отличаются от сахарина, аспартама и цикламата – искусственных подсластителей, которые в 50–300 раз слаще сахарозы. Белки (например, тауматин и монелин) тоже могут быть очень сладкими – в 1000 раз слаще сахарозы. Всем этим структурам, разным по размеру, полярности и химическим группам, определенно нужен целый ассортимент специализированных рецепторов – таково было общепринятое мнение, разбитое в пух и прах средствами молекулярной биологии и геномного секвенцирования, продемонстрировавшими, что все эти химические вещества улавливаются только одним рецептором. Позднее молекулярное моделирование наглядно показало, каким образом это осуществляется на практике.

Соли, кислоты и прямые каналы

Еще две вкусовые модальности, соленая и кислая, не работают ни с одним рецептором вышеописанного типа. Они представляют собой просто ионные каналы, измеряющие концентрацию солей и кислот. Когда мы едим что-нибудь соленое, концентрация ионов натрия снаружи клеток нашего языка увеличивается и становится выше, чем внутри. Тогда в клетках открываются избирательные ионные каналы, пропускающие ионы натрия внутрь, балансируя таким образом концентрации по обе стороны мембраны. Это меняет электрический заряд клетки и порождает сигнал.

Точно так же мы регистрируем избыток ионов водорода и получаем сигнал, который толкуем как кислый вкус. Да, у нас в языке имеется встроенный измеритель кислотности. Поэтому наш вкус не умеет распознавать разные кислоты – он не отличит уксусную кислоту от лимонной, – а только измеряет уровень кислотности как таковой. Поймите меня правильно: мы вполне в состоянии ощутить разницу между уксусом и лимонным соком (как и между разными сортами уксуса), но только благодаря обонянию. Без сопутствующих летучих веществ, стимулирующих обоняние, все кислые соединения были бы для нас решительно на одно лицо.

Если вы желаете узнать больше о молекулярных аспектах вкуса, рад предложить вашему вниманию несколько превосходных исследований [7].

Одной из важнейших гипотез, оказавшихся полезными Ричарду Акселю и Линде Бак в поиске ольфакторных рецепторов, стало предположение, что соответствующие гены должны присутствовать только в обонятельных тканях или, по крайней мере, в хемосенсорных органах. Однако вскоре после их эпохального открытия был опубликован материал, сообщавший, что ольфакторные рецепторы неожиданно обнаружились в клетках спермы [8]. Принять этот необычный факт оказалось нелегко; первым делом все решили, что в эксперименте были погрешности. Однако данные были предельно ясны и основательны, к тому же их неоднократно подтвердили последующие исследования.

Как только наука смирилась с открытием, догадаться о том, что именно ольфакторные рецепторы делают в сперме, было уже несложно. Обоняние – только один из аспектов хеморецепции. Клетки коммуницируют друг с другом и с окружающей средой. Само формирование живого организма напрямую зависит от этой сети сообщений, которыми постоянно обмениваются его структурные части. Клетки собираются вместе, чтобы создать тот или иной орган, и им нужно договориться между собой, назначить роли, распределить обязанности. С этой целью они начинают дифференцироваться и строить сложную систему. Точно так же муравьи общаются на химическом языке, раздавая и принимая задачи и выполняя разные функции в пределах макросообщества муравейника, образуя таким образом что-то вроде суперорганизма, о котором мы уже говорили в главе пятой.

Клетки спермы руководствуются запахом