Текст книги "Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах"

Автор книги: Паоло Пелоси

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 2 страниц)

В последнее время концепция качества запахов нашла применение и в работе с окружающей средой. Воздух, которым мы дышим, не просто должен быть свободен от токсичных веществ: мы хотим находиться в комфортном пространстве, где не пахнет ничем неприятным. При встрече с гадкими запахами мы испытываем отвращение, потому что на протяжении эволюции они ассоциировались у нас с опасными для здоровья химическими веществами. Даже в современном мире, когда в большинстве случаев подобной прямой связи нет, скверные запахи все равно влияют на качество нашей жизни.

Запах и вкус

Говоря об органолептических свойствах пищи, мы часто пользуемся термином «вкус», хотя на самом деле это комплексное ощущение, включающее и обонятельные элементы. Когда пища попадает в рот, на языке мгновенно пробуждаются вкусовые рецепторы; они-то и посылают в мозг сигналы, которые было бы правильно называть ощущением вкуса. Однако в то же самое время и благодаря тому же самому пережевыванию высвобождается и множество летучих компонентов; через отверстие в нёбе они добираются до обонятельной слизистой, расположенной в верхней части носа, и вступают в контакт с ольфакторными рецепторами.

Именно благодаря этим летучим химическим соединениям мы и воспринимаем все богатство и разнообразие пищевых запахов. При помощи слов «вкус» и «аромат» мы описываем сложный чувственный опыт, возникающий при смаковании пищи. Помимо обонятельных и вкусовых составляющих в них присутствуют еще и тактильные (тающая мягкость шоколада, хрусткость чипсов, рассыпчатость печенья), температурные и прочие. Именно запахи, попадающие в нос через нёбо, в основном и отвечают за разнообразие и вариативность нашего восприятия еды.

Но, конечно же, существуют и вкусовые ощущения, так сказать, в чистом виде – их мы получаем через язык, и они тоже участвуют в создании обонятельного портрета блюда. На этом этапе нам, пожалуй, придется прояснить разницу между вкусом и запахом через призму молекул, вызывающих те и другие ощущения, и соответствующих сенсорных систем.

С чисто анатомической точки зрения человек и другие млекопитающие воспринимают вкус языком, а запах – носом. Иначе говоря, вкусовыми мы называем те ощущения, которые дает нам язык, а обонятельными – те, что возникают в носу. Но для многих других биологических видов такое разделение будет некорректным. Например, раздвоенный и подвижный язык рептилий постоянно берет пробы воздуха и доносит окружающие запахи до органов хеморецепции. Его регулярные движения эквивалентны ритмичному принюхиванию собаки, изучающей окружающее пространство и ориентирующейся по его ольфакторной карте.

Если перейти дальше, к насекомым, у них вообще не будет ни носов, ни языков. Зато у них есть крошечные сенсиллы – элементарные сенсоры, расположенные на антеннах, ротовых частях, ногах, а иногда даже на крыльях и прочих частях тела. Однако основным обонятельным органом и эквивалентом носа у них считаются все-таки антенны, рот и ноги в первую очередь отвечают за вкус. Так можем ли мы все-таки говорить о вкусе и обонянии у насекомых ввиду отсутствия носов и языков? Если говорить о химической природе стимулов, а не о конкретных органах восприятия, – безусловно, да.

Приняв это к сведению, будем называть одорантами химические вещества, переносимые воздухом к хемосенсиллам насекомых (и к носам человека и других наземных позвоночных). Вкус же определяется нелетучими и зачастую водорастворимыми компонентами, присутствующими в окружающей среде.

Таким образом, антенны насекомых, улавливающие молекулы газообразных веществ из окружающей среды, можно рассматривать как органы обоняния, а их ноги, реагирующие, например, на сахар и другие нелетучие вещества при физическом контакте (когда бабочка садится на цветок или комар – к нам на кожу), – как органы вкуса. Впрочем, строго говоря, это будет не столько вкус, сколько контактная хеморецепция.

Получается, что различие между обонянием и вкусом основывается скорее на природе химических стимуляторов, чем на анатомической структуре воспринимающих их органов. Такая формулировка выглядит и понятнее, и корректнее. Но если бы все было так просто! Природа всегда сложнее, чем наши схемы и определения, и всякий раз, как мы собираемся почить на лаврах, думая, что вот наконец-то сумели свести все ее явления в стройную таблицу, нам попадается какой-нибудь упрямый и совершенно не поддающийся классификации пример.

В случае с рыбами и другими водными животными все химические вещества переносятся водой, а, значит, вышеизложенные определения вкусов и запахов теряют смысл. Зато у рыб снова есть и нос, и язык, и это дает нам возможность ссылаться на анатомические органы, чтобы различать два этих способа химического восприятия.

Аносмия – невосприимчивость к запахам

Не так давно я уже говорил, что мы, люди, постепенно утрачиваем обоняние. Исследуя окружающую среду и делая выбор, мы полагаемся больше на зрительные образы, чем на запахи. Поэтому неспособность различать запахи, которая у других видов животных имела бы чрезвычайно важное значение, больше не представляет угрозы для нашей жизни и не мешает нам передавать эти ущербные гены потомству.

В результате у человеческого рода стремительно накапливаются дефекты обоняния. Невосприимчивость к одному или нескольким запахам сродни дальтонизму – неспособности видеть один из трех основных цветов. К индивидуумам, не чувствующим запахи, применяют термин «аносмия». Полная аносмия – когда человек вообще не слышит никаких запахов – все еще довольно редка: в исключительных случаях она носит врожденный характер, но чаще становится результатом какой-нибудь физической травмы или вирусной инфекции носовых пазух. А вот неразличение одного-двух определенных запахов – дело куда более обычное. Хотя систематических и полных исследований населения земного шара не проводилось, можно с уверенностью утверждать, что подобные дефекты совершенно нормальны, – скорее уж способность воспринимать все типы запахов стоит считать исключением.

Если избирательная аносмия – это нечто вроде ольфакторного дальтонизма, то можно предположить, что существует некоторое количество базовых запахов (по аналогии с тремя основными цветами), служащих алфавитом какого-то комплексного ольфакторного языка. Иными словами, всякое обонятельное ощущение – это сочетание нескольких базовых стимулов. Молекулярная биология сравнительно недавно поняла, как устроены ольфакторные рецепторы, и нанесла на карту маршруты, которыми обонятельные сообщения путешествуют из носа в мозг. Все это подтвердило догадку ученых, что наше обоняние работает на комбинаторном коде. Подробнее мы обсудим это открытие в седьмой, восьмой и девятой главах, а пока достаточно будет сказать, что оно заложило доказательную базу для моделей, предложенных в далеком прошлом на основе эмпирических наблюдений.

Однако важно понимать, что между ольфакторным и цветовым кодом существует фундаментальная разница. Она заключается в количестве базовых элементов: всего три основных цвета против 300 с лишним типов запахов. Такая оценка основывается на количестве генокодов в ольфакторных рецепторах – белках, которые вырабатываются в мембране ольфакторных нейронов и каждый из которых отвечает за свой, отдельный тип запаха. Немного позже мы поговорим об ольфакторных рецепторах и прочих белках обонятельной системы и рассмотрим, каким образом они взаимодействуют с летучими молекулами одорантов и посылают в мозг те или иные сигналы. Но пока что нас больше интересует феномен избирательной аносмии, его макроскопические эффекты и подход к его изучению, бытовавший в 60–70-х годах ХХ века, задолго до того, как восприятие запахов стали исследовать на молекулярном уровне.

Мы уже отметили, что избирательная аносмия – очень распространенное явление у нашего вида. Обычно мы даже не догадываемся об изъянах собственного обоняния, пока не проведем тщательное и целенаправленное исследование, позволяющее выявить и определить их. Дефекты подобного рода очень трудно засечь из-за огромного количества рецепторов и соответствующих им первичных запахов. Нарушение цветового зрения по одному из трех рецепторов дает глобальный и очень заметный эффект, но, когда сбой дают один или два из 300, мы этого попросту не ощущаем. Существует множество других рецепторов, схожих по характеристикам с недостающими, и они вполне могут уловить молекулы запахов, находящихся в слепой зоне, и послать в мозг некий сигнал, пусть даже не совсем точный. А вот пахнет ли конкретное вещество одинаково для «нормального» субъекта и субъекта с избирательной аносмией, – уже совсем другой вопрос.

На самом деле мы вправе утверждать, что пахнуть оно для них будет по-разному, но оценить эту разницу очень трудно. Если дать розу человеку с избирательной аносмией к аромату роз, он, безусловно, почувствует какой-то запах… – но запах этот может оказаться похож, скажем, на жасмин, и именно его такой человек будет ассоциировать с розой и с детства называть розовым запахом. Только точные целевые тесты смогут показать, что этот человек не различает реального аромата роз, и тогда мы сможем, например, дать ему понюхать по очереди розу и жасмин, попросить описать и запомнить разницу между ними и так оценить природу и масштабы его избирательной аносмии.

По поводу первого столкновения человека с избирательной аносмией есть одна забавная история. Неудивительно, что это случилось не где-нибудь, а в химической лаборатории.

Один молодой человек проводил эксперименты с изовалериановой кислотой – веществом с сильным и неприятным запахом. Он всем нам хорошо знаком: его производят бактерии, живущие у человека на коже – и в особенности на коже стоп. Обычно мы ассоциируем его с теми, кто не злоупотребляет личной гигиеной… однако в некоторых контекстах этот аромат может оказаться вполне приемлемым и даже приятным – к примеру, так пахнут некоторые виды деликатесных сыров. Соединение в обоих случаях одно и то же, и производят его одни и те же микроорганизмы.

Коллеги юного ученого стали жаловаться на скверный запах в лаборатории и обвинять его в том, что он не соблюдает технику безопасности – в частности, не работает в вытяжном шкафу. Бедняга чрезвычайно удивился, так как сам не чувствовал никаких отталкивающих запахов, и стал уверять сотрудников, что у вещества, с которым он работает, есть только слабый фруктовый аромат. Парень очевидным образом не воспринимал запах изовалериановой кислоты, зато смог засечь эфиры, присутствующие в коммерчески расфасованном веществе в качестве незначительных примесей и действительно обладающие фруктовым ароматом.

С этого курьеза начались поиски, принесшие в последующие годы немало интересных находок и проложившие дорогу к подлинно научным исследованиям обоняния. Эти исследования продемонстрировали, что примерно 2–3 % людей невосприимчивы к запаху изовалериановой кислоты и других органических соединений сходной структуры. Марсель Гийо в конце 40-х годов, а затем и другие ученые очень интересовались избирательной аносмией. Они исследовали разные типы обонятельной «слепоты» и с помощью полученных данных пытались взломать ольфакторный код. Такова была окончательная цель и вместе с тем серьезнейшее препятствие на пути специалистов, которые работали над вопросами обоняния в тот период, задолго до возникновения молекулярной биологии. Даже сейчас мы еще очень далеки от расшифровки языка запахов: это поистине непростая задача и серьезный вызов для науки.

Изучение избирательных аносмий помогло нам выявить один за другим все базовые запахи, представляющие собой, по аналогии с тремя основными цветами, алфавит сложнейшего языка ольфакторного общения.

Особенно интересны в этой связи исследования, проведенные в начале 70-х британским ученым Джоном Эймуром – он работал в Беркли (штат Калифорния) в одной из четырех крупных лабораторий американского Департамента сельского хозяйства [2]. Эймур, безвременно покинувший нас в 1998 году в возрасте всего 68 лет, на пике своей карьеры, был настоящим пионером науки об обонянии. Вероятнее всего, он первым выдвинул гипотезу о существовании ольфакторных рецепторов – еще в начале 50-х годов, когда биохимия была совсем молода и ученые только-только открыли двойную спираль ДНК.

Джон буквально за руку привел меня в науку об обонянии: я до сих пор очень живо и с большим удовольствием вспоминаю время, проведенное у него в лаборатории, – всего несколько месяцев, но они оказали поистине фундаментальное влияние на все мои будущие исследования. Джон относился к своей работе с большим энтузиазмом и умел передать это волнение другим; он всегда был готов выслушать и помочь, отличался крайней честностью и прямотой и не шел на компромисс ни в работе, ни в прочих областях жизни.

Точнейшим образом сфокусированные исследования Джона Эймура привели к открытию еще нескольких типов избирательной аносмии и позволили определить первые восемь основных запахов [3]. К несчастью, его масштабный проект по взлому ольфакторного кода через детальное изучение аносмий так и остался незавершенным. Сегодня, когда мы знаем, что число ольфакторных рецепторов, а следовательно, и основных запахов превышает несколько сотен (а не один-два десятка, согласно первоначальной гипотезе), можно себе представить, какой серьезный вызов он бросил природе.

Тем не менее изучение избирательных аносмий дало массу интересной и полезной информации. К примеру, теперь нам известно, что разные аносмии встречаются у людей не равномерно, а в зависимости от типа запаха. Некоторые типы невероятно редки, другие довольно обычны и могут охватывать до половины всей популяции.

Именно так обстоит дело, скажем, с чувствительностью к андростенону – химическому веществу, заслуживающему более детального изучения (см. рис. 1). Начнем с того, что его молекула необычно велика по размеру. 19 атомов углерода и один – кислорода: это практически самая крупная молекула пахучего вещества, существующая в природе. Интересно, что по мере увеличения размера молекулы снижается ее летучесть – пока не достигнет таких низких показателей, при которых молекулы уже не могут достичь обонятельного эпителия в достаточном количестве.

Крупный размер молекулы не только снижает летучесть, но и ограничивает ее способность взаимодействовать с ольфакторными рецепторами и, как следствие, вообще давать ощущение запаха. Наш нос попросту не различает молекулы, содержащие больше 20 атомов углерода, потому что связывающие участки обонятельных рецепторов недостаточно велики, чтобы принять и связать их. Эта вторая причина, вероятно, связана с первой: более крупные и менее летучие молекулы все равно не смогут проникнуть в нос, так с какой же стати под них разовьются обонятельные рецепторы? Это будет бесполезное для организма приспособление и лишняя трата энергии.

Рисунок 1. Андростенон – половой феромон кабана, обладающий сильным запахом застоялой мочи. Связанный с ним спирт, андростенол, приятно пахнет мускусом. Молекулы обоих соединений очень крупны: они находятся на пределе человеческого ольфакторного восприятия.

Андростенон относится к химическому классу стероидов, включающему в себя некоторые гормоны (например, тестостерон, мужской половой гормон). Его источник – молекула, очень похожая на тестостерон: андростенон получается из нее при потере молекулы воды. Тестостерон, выделяемый с мочой, и сам прекрасно мог бы служить химическим посланием, сигнализирующим о присутствии особи мужского пола, если бы не тот факт, что его молекула нелетуча, а следовательно, совершенно лишена запаха. Андростенон же летуч в достаточной степени, чтобы проникнуть в нос и доставить очень внятное и конкретное послание о том, что где-то рядом есть тестостерон, а значит, самец.

У некоторых видов животных андростенон служит любовным посланием – половым феромоном, с помощью которого самец сообщает о своем присутствии: самки от этого делаются более податливыми. Такие запахи – а вместе с ними и другие химические вещества, составляющие индивидуальную подпись самца, – действительно часто выделяются с мочой. Так обстоит дело у мышей и прочих грызунов, а также и у некоторых других млекопитающих. Но самец свиньи – особый случай. У него запах передается со слюной вместе с еще одним соединением, очень похожим на андростенон, – андростенолом. Это связанный с ним спирт (см. рис. 1).

Сочетание этих двух молекул дает половой феромон кабана – он очень эффективно действует на самку, помогая ей расслабиться и делая сексуально доступной. Будучи сильным афродизиаком для свиньи, для нас он тем не менее отвратителен. Он пахнет застоялой мочой – по крайней мере, для той части населения, у которой не оказалось аносмии к этому запаху. Часто встречающаяся неспособность различать этот сильный омерзительный запах, вероятно, сказывается на социальных отношениях, так как это же соединение может встречаться и в человеческом поте.

Присутствие андростенона в еде тоже может оказаться проблемой. Хотя он накапливается в слюнных железах кабанов, его интенсивный, всепроникающий запах может пропитывать все тело некастрированных особей, и в результате их мясо оказывается непригодно к продаже. Поэтому мы едим только мясо молодых или кастрированных кабанов – ну, и, разумеется, самок свиньи. Иными словами, присутствие андростенона у свиней непосредственно связано с их полом и половой зрелостью. Вообразите себе, что случится, если в панель эвалюаторов, призванных оценивать качество свинины, попадет эксперт с аносмией к андростенону! Последствия могут быть поистине катастрофическими.

В свою очередь, андростенол, второй компонент кабаньего полового феромона, присутствует среди летучих соединений, придающих характерный вкус трюфелям. Андростенол все равно чуть-чуть пахнет мочой, но, конечно, не так сильно, как андростенон. К тому же основная нота в нем уже мускусная[3]3
  Строго говоря, существует два изомера андростенола, «альфа» и «бета». У первого запах похож на андростенон, у второго он мускусный, с легким оттенком мочи.


[Закрыть]. Это вещество с приятным и привлекательным запахом; похожее содержится в железах кабарги и, как мы уже говорили, высоко ценится в парфюмерии. Скорее всего, именно на эту молекулу и реагируют свиньи, когда их выводят на охоту за трюфелями.

2
Запахи и молекулы
Химический анализ у нас в носу

Молекулы переносят запахи

Сильный, всепроникающий аромат жарящегося кофе, сокрушительный запах средства после бритья от сидящего напротив мужчины в автобусе, отвратительная вонь сточной канавы… – все это влияние молекул, плавающих в воздухе: они пробираются к нам в ноздри и вступают во взаимодействие с нервными окончаниями – крошечными анатомическими структурами, задача которых за доли секунды выявить раздражитель, определить его и сообщить о нем мозгу.

Наш разум переводит разнообразные химические соединения на язык запахов – их спектр поистине впечатляет. Обоняние – самый легкий способ оценить красоту химии: с его помощью мы «видим» молекулы. Только попробуйте представить себе, как они передают аромат жасмина, вкус спелого плода, шипящего на сковородке бекона и жареной картошки, букет старого вина… По контрасту с плоскими, невыразительными химическими формулами в учебнике молекулы вдруг обретают жизнь и цвет: кислород становится красным, азот – синим, сера – желтой… Все это танцует вокруг вас ансамблем, и каждая его составляющая обладает собственной индивидуальностью – своим неповторимым запахом.

Впрочем, молекулы лишь одна сторона комплексного процесса, результатом которого становится запах. Запахи – это физические ощущения, а не просто химические формулы. Аромат рождается, когда молекулы вступают во взаимодействие с носом; его бы попросту не возникло, не будь у нас обонятельного органа.

Поэтому важно понимать, каким образом наш нос читает и декодирует химические послания, доставляемые молекулами через воздух, и какие именно молекулярные соединения он преобразует в те запахи, которые мы в итоге воспринимаем. Запах нельзя считать таким же неотъемлемым свойством молекулы, как, допустим, ее молекулярная масса или растворимость: запах – это лишь результат взаимодействия между пахучим веществом и конкретной системой восприятия.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Назад к карточке книги "Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах"