Обоняние и вкус. Психология и физиология восприятия информации

Правообладатель иллюстрации Getty

Утрата чувства обоняния лишает человека не только способности воспринимать запахи и ароматы. Она влечет за собой самые драматические последствия - какие именно, узнала корреспондент .

Ник Джонсон пробегает глазами по строчкам меню в кафе "Белый пес", представляющем собой нагромождение крошечных комнатушек и чуланчиков в университетском квартале Филадельфии.

"Эмпанады (пироги – Ред. ) с говядиной… Я бы не отказался от них. Но тушеная говядина для меня пропадет впустую. Я избегаю заказывать "фиш-энд-чипс" (рыба, жаренная в кляре и с картошкой-фри - Ред. ) - для меня вся жареная еда на один вкус. Пожалуй, я выберу тако (мексиканскую лепешку) с рыбой. Я знаю, что получу жар острых специй и чуть-чуть аромата ананаса, жгучий перец с авокадо - то, что позволит почувствовать что-то во рту".

Он заказывает тако, нам подают бочковое пиво. Оно называется Nugget Nectar (самородный нектар – Ред. ), его варят на местной ремесленной пивоварне, где Джонсон работал в течение последних 10 лет.

Когда-то пиво Nugget Nectar было его любимым. "Оно обладает прелестным балансом сладости и хмеля. Но теперь, – говорит он, и его лицо мрачнеет, - оно для меня - не более чем видимость своей прежней сущности".

Он может описать запахи пива – аромат сосновой хвои, цитрусовых, грейпфрута. Но почувствовать тот букет он уже не в состоянии.

Правообладатель иллюстрации iStock Image caption Возможно, наш нос способен различать гораздо больше запахов и ароматов, чем мы считаем

Люди не льстят себе мыслью о том, что обладают каким-то необыкновенно острым обонянием, особенно по сравнению с животными. Но, как свидетельствуют данные научных исследований, запахи могут оказывать мощное подсознательное воздействие на человеческие мысли и поведение.

Люди, которые теряют способность различать запахи вследствие несчастного случая или болезни, говорят, что испытывают чувство огромной утраты, которая так влияет на их жизнь, что они и представить себе не могли.

Быть может, мы не слишком высоко ставим обоняние в рейтинге наших чувств - и скорее всего потому, что мы едва ли осознаем, какую роль оно играет в нашей жизни. До тех пор, пока не лишаемся его.

Джонсон, которому сейчас 34 года, может точно назвать день, когда он потерял чувство обоняния. Это произошло 9 января 2014 года. Он играл с друзьями в хоккей на замерзшем пруду в городке Колледжвилль, штат Пенсильвания, где живут его родители.

Каких результатов мы могли бы достичь, если более основательно принюхивались к окружающему нас миру?

"Я проделывал это миллион раз, - вспоминает он. – Я медленно катился спиной вперед, и тут конек угодил в борозду на льду. Ноги подкосились. Я упал навзничь и ударился правой стороной затылка. Я отключился, а когда пришел в себя, то находился уже в машине скорой помощи. Надо мной склонились люди, из уха текла кровь".

Он порвал себе барабанную перепонку, а череп треснул в трех местах. Произошло кровоизлияние в мозг, его сотрясали судороги. "Я понятия не имел, что со мной происходит".

Он быстро поправился, шесть недель спустя получил разрешение сесть за руль и вернулся к работе в качестве регионального менеджера по продажам в пивоварне Tröegs.

Вскоре он оказался среди участников совещания, посвященного новому сорту пива. "Мы дегустировали пиво, и коллеги спрашивали, ты чувствуешь в нем хмель? А я не чувствовал. Потом попробовал на вкус. Ребята говорили: "у него такой бледный бисквитный привкус", а я этот привкус не ощущал. Потом я попробовал другой сорт, более хмельной, но и теперь не почувствовал аромата. Тогда у меня в голове словно что-то щелкнуло".

Стрессом, вызванным травмой, и приемом разного рода медикаментов, вероятно, можно объяснить тот факт, что он не сразу понял, что лишился чувства обоняния. Поначалу открытие вызвало шок. Теперь же, однако, он отчетливо понимает, к чему это привело.

Утрата удовольствия от еды и напитков – общая жалоба для людей, потерявших способность ощущать запахи.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Джонсону очень больно, что он больше не чувствует запаха своего ребенка

Языком мы ощущаем вкус сладкого, соленого, горького, кислого и умами (так называемый пятый вкус, который придают пище некоторые вкусовые добавки, например, глутамат натрия - Ред ).

Восприятие более сложных комбинаций вкусов, скажем грейпфрута или стейка, приготовленного на барбекю, зависят от запаха. Но для Джонсона и многих ему подобных людей, неспособных воспринимать запахи, существует еще одна абсолютная утрата.

Во время происшествия с Джонсоном, его жена была на восьмом месяце беременности, ожидая их второго ребенка.

За обедом он сказал: "Я порой шучу, что не чувствую запаха подгузников моей дочери. Но и ее собственный запах я тоже не чувствую. Она проснулась в четыре часа утра. Я держал ее на руках, мы лежали в кровати. Я знаю, как пах мой сын, и когда он был младенцем, и когда немного подрос. Иной раз он пах не очень хорошо, но с ним у меня связано воспоминание о чудесном запахе ребенка. С дочерью мне не пришлось испытать ничего подобного".

Как это происходит

По разным подсчетам, число индивидуумов, не чувствующих запахи, составляет несколько процентов от всех взрослых людей. Это значит, что без обоняния живут миллионы человеческих существ.

Кто-то таким родился, кто-то потерял эту способность в процессе жизни. Одна из самых распространенных причин потери обоняния у людей младшего возраста – хронический синусит или воспаление слизистой оболочки придаточных пазух носа.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Наш язык чувствует сильные вкусовые ароматы, но для полноты картины нужен и запах

Еще один фактор риска заключается в том, что обонятельные нервы оканчиваются в верхних частях носовых полостей, слизистой оболочке носовой раковины и носовой перегородке, что делает их очень уязвимыми для токсичных веществ, содержащихся в окружающей среде, и для различных инфекций.

У людей старшего, но не пожилого возраста, проблемы с обонянием чаще возникают из-за вирусных инфекций. Даже обычная простуда может оказаться опасной, однако никто не может сказать, почему одни люди теряют по ее вине обоняние, а другие – нет.

К возрасту 70-80 лет мало кому удается избежать существенного ослабления обоняния. Организм обладает способностью к регенерации: нервные клетки постоянно отмирают и заменяются новыми. Однако с возрастом этот процесс замедляется, и участки поверхности слизистой оболочки носа, лишенные обонятельных рецепторов, становятся более обширными.

У Ника Джонсона, вероятно, произошло катастрофическое повреждение обонятельных нервов. Проходя от носа к мозгу, эти нервы проникают сквозь пористую костную пластинку, называемую решетчатой костью.

Когда он ударился головой о лед, внезапное смещение мозга внутри черепа могло привести к тому, что обонятельные нервы были серьезно повреждены или даже перерезаны костью, а это не позволяет сигналам из носа поступать в мозг.

Как работает запах

Джонсон сильно принюхивается к содержимому своего стакана с пивом Nugget Nectar, когда-то его любимым. Летучие химические вещества, поднимающиеся с поверхности жидкости, глубоко проникают в его ноздри и достигают верхней части носовой полости, которая и отвечает за восприятие запахов.

Потом он делает маленький глоток, и эти вещества попадают из гортани в тот же участок его носа. Пока все идет, как полагается.

Сейчас никто не возьмется сказать, взглянув на молекулу, как она будет пахнуть, и будет ли пахнуть вообще. Что мы знаем наверняка, так это то, что если некая субстанция по своей природе обладает запахом, ее молекулы должны легко испаряться, дабы они могли переноситься по воздуху, и их можно было вдыхать. Кроме того, они должны растворяться в слизи, чтобы их можно было засечь.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Нервные окончания обонятельных рецепторов скрыты в слизистой оболочке носа

Со здоровыми людьми, нюхающими пиво, либо собственного ребенка или майку, принадлежащую их партнеру, происходит именно это: у них возникает своего рода "обонятельный образ" пива или человека, сложное ароматическое целое, которое едва осознается.

Нервные окончания обонятельных рецепторов скрыты в слизистой оболочке носа. Эти нервные клетки ведут непосредственно в мозг.

И хотя мы обладаем миллионами таких клеток, их, как представляется, существует всего около 400 видов, каждый из которых связан с определенной молекулой.

Численность типов клеток остается предметом споров. Некоторые полагают, что их не больше 100.

Исходя из последовательности активации рецепторов различных типов, когда я нюхаю Nugget Nectar, я понимаю, что передо мной пиво . Джонсон не чувствует никакого запаха – в результате падения его обонятельные нервы были повреждены или даже погибли, поэтому его мозг не получает никаких сигналов о запахе напитка.

Пока Джонсон не пережил травму, у него был очень чувствительный нос. Не в пример мне, он легко отличил бы Nugget Nectar от других сортов пива. Такая способность приходит с опытом.

Репутация людей подмочена тем обстоятельством, что они сравнительно мало принюхиваются

После того, как поступивший сигнал о запахе обработан, эта информация передается в различные отделы мозга, в том числе те, которые отвечают за память и эмоции, а также в кору, где происходит процесс мышления.

Мы можем быстро научиться сопоставлять схему активации рецепторов с источником пахучих молекул.

До недавнего времени бытовало представление, что люди способны улавливать не более 10 тысяч различных запахов. Однако эти представления подверглись радикальному пересмотру, если верить Джоэлю Мейнленду, который занимается исследованиями фундаментальных основ запахов в Монелловском Центре по изучению химических чувств в Филадельфии, штат Пенсильвания (который является одним из ведущих мировых институтов, специализирующихся на вкусах и запахах).

По данным статьи, опубликованной недавно в журнале Science, люди способны улавливать более триллиона запахов. Возникли определенные проблемы с методологией этого исследования, да и достоверность самой цифры вызывает споры, однако Менйленд считает, что мы явно недооцениваем свои способности.

По характеру своей работы Джонсону пришлось пройти все виды сенсорных тренировок, чтобы усовершенствовать восприятие запахов и вкусов. Все прочие люди тоже, надо полагать, обладают неисчерпаемыми возможностями, скрытыми до поры до времени.

Да, собаки славятся своей способностью обнаруживать запах человека на другом конце поля. Когда Мейнленд был еще аспирантом, его научный руководитель предложил ему заняться вопросом, возможно ли научить людей тому же. Как выяснилось, да, возможно.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption У коров обонятельных рецепторов больше, чем у собак

У собак больше обонятельных рецепторов, чем у людей. Однако, как указывает Мейнленд, у коров их больше, чем у собак – около 1200 против 800, - но это вовсе не означает, что у коров обоняние острее.

В этом смысле репутация людей подмочена тем обстоятельством, что они сравнительно мало принюхиваются, а это упражнение при регулярности повторения могло бы развивать обоняние.

Каких результатов мы могли бы достичь, если более основательно принюхивались к окружающему нас миру?

Эмоциональное состояние

Одной из причин, которая заставила бы нас развивать собственное чувство обоняния, могло бы стать желание и потребность в улучшение способности ориентироваться в социальной среде.

Некоторые люди, от рождения лишенные обоняния, с трудом могут определить эмоциональное состояние окружающих, говорит Мейнленд. Они понимают, что в то время, когда они сами ориентируются главным образом на выражения лиц, их друзья, наделенные обонянием, улавливают сигналы, ускользающие от них.

Эти сигналы настолько сильны, что способны опровергнуть эмоциональную информацию, которая передается улыбкой или хмурой гримасой.

Если потеря обоняния – это плата за жизнь, я ее принимаю Ник Джонсон

Можно представить себе разговор в группе друзей, объясняет Мейнленд, и вот один из них говорит: "Она была очень расстроена". Ему отвечают: "Она выглядела вполне довольной жизнью". Первый: "Да уж, она выглядела довольной, но очевидно, что ей было не по себе".

Ученые выяснили, что запах может менять настроение и поведение людей. Джордж Претай из Монелловского центра и его коллеги установили, что экстракт запаха из подмышек мужчины не только влияет на женскую физиологию, меняя уровень гормонов, задействованных в регулировании менструального цикла, но и позволяет женщинам чувствовать себя более раскованно и менее напряженно.

Вместе с когнитивным психологом Пэм Долтон, такой же, как он, сотрудницей Монелловского центра, Претай обнаружил свидетельства того, что люди - зачастую неосознанно - способны улавливать запахи человеческого тела, выделяемые под воздействием стресса.

(Памелла Долтон, прежде чем прийти в Монелловский центр по изучению запахов и вкусов, работала в министерстве обороны США. Там она занималась разработкой нелетальных вооружений, в частности эффектами, которые оказывают на живую силу противника усиленные дурные запахи. – Ред.)

Таким образом, получается, что люди без обоняния упускают множество деликатных социальных сигналов. Можно ли что-то для них сделать?

Существуют некоторые, довольно эффективные, методы лечения. Если обоняние пропадает по причине хронического синусита, потеря ощущения запахов обратима, порой довольно быстро, – нужно только вылечить болезнь.

Однако возможности для оказания помощи таким пациентам, как Ник Джонсон, увы, не слишком велики.

Он обратился в Морелловский центр за помощью, и главная рекомендация, которую получил от тамошних ученых, заключалась в том, чтобы он активно принюхивался к разным запахам пару раз в день.

Считается, что это помогает стимулировать систему обоняния и может способствовать выздоровлению.

В будущем положение дел может измениться. Одна из научных бригад в Монелловском центре проводит эксперименты со стволовыми клетками носоглотки. Сейчас ученые заняты тем, что пытаются преобразовать стволовые клетки в нервные клетки.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Джонсон понял, что именно он потерял, когда не смог различить аромат пива

Они надеются, что такой метод позволит обеспечить новыми обонятельными нервами людей, чьи собственные рецепторы претерпели необратимые повреждения в результате травмы или были дефектны от рождения.

Команда исследователей планирует начать испытания на животных уже в сентябре 2015 года, и если эксперименты окажутся удачными, перейти к работе с людьми через пять-десять лет.

Уже есть некоторые многообещающие признаки, и это – лучик надежды для Ника Джонсона. Некоторые сильно пахнущие вещи вызывают у него ощущение запаха, хотя оно всегда одинаковое.

Раньше это была жуткая вонь пригоревшего растительного масла, говорит он. Несколько месяцев спустя он стал ощущать какой-то сладковатый запах. Возможно, это может оказаться каким-то признаком начавшегося восстановления системы обоняния.

Джонсон говорит, что настроился на позитивный лад и намерен вести образ жизни, максимально близкий к тому, каким он был до травмы. Он снова начал играть в хоккей, правда, теперь, улыбается он, пришлось обзавестись самым лучшим шлемом, который только можно купить.

Он понимает, насколько серьезным был приключившийся с ним несчастный случай, но вместе с тем осознает, что все могло оказаться гораздо хуже.

"У меня было кровоизлияние в мозг. Я запросто мог умереть. Моя позиция такая: я счастлив, что выжил. Если потеря обоняния – это плата за жизнь, я ее принимаю".

Это сокращенная версия статьи, первоначально опубликованной на сайте Mosaic . Она воспроизводится на условиях лицензии Creative Commons . Узнать больше по теме, затронутой в статье, вы сможете, посетив сайт Mosaic (на английском языке).

Запах - это способность вещества воздействовать на рецепторы обонятельного анализатора, что сопровождается возникновением специфического ощущения.

Обоняние увеличивает объем информации об окружающем мире.

Существует несколько теорий восприятия запахов. По химической теории запах - это следствие присутствия в окружающей среде определенных концентраций пахучих молекул. Недостатком химической теории запаха является то, что она не объясняет, почему молекулы различных структур имеют одинаковый запах. В то же время молекулы, имеющие разное строение и химический состав, могут обладать одинаковым запахом.

Согласно стереохимической теории , запах обусловлен формой и размерами молекул, а не их химическим составом. Запах вещества зависит от того, насколько точно их молекулы вписываются в соответствующие лунки, расположенные на рецепторных мембранах обоняния. Однако эта теория не может дать ответ на все вопросы, связанные с восприятием запахов.

Согласно квантовой теории , восприятие запахов связано с колебательными движениями атомов, входящих в состав ароматических веществ. В результате колебаний атомов возникают электромагнитные волны, которые поглощаются рецепторной мембраной и трансформируются в ощущение запаха. Но эта теория не может объяснить, почему два вещества имеют совершенно разные запахи, хотя электромагнитные колебания их атомов полностью совпадают. Эта теория также не дает ответа на все вопросы [Губанов Н.И. и др., 1978]. По-видимому, имеют значение структура, форма молекул и их квантовые свойства. До сих пор не известно, какое именно свойство пахучего вещества вызывает нервный импульс.

У человека обонятельные клетки (обонятельные нейроны) входят в состав обонятельного эпителия. Они расположены в верхнем носовом ходе и задней части носовой перегородки. Обонятельные клетки лежат тонким слоем, живут около 60 дней и гибнут. Затем они дифференцируются из базальных клеток. Обонятельные клетки являются единственными нейронами, способными в течение всей жизни организма непрерывно обновляться. Эти клетки расположены среди обонятельного эпителия, в состав которого входят также клетки ненейронной природы, опорные клетки, разделяющие рецепторные клетки. Базальные клетки выполняют функцию стволовых. За счет базальных клеток обонятельные нейроны способны к постоянному обмену и регенерации. Секреторные клетки обонятельных (боуменовых) желез продуцируют слизь.

Чувствительная площадь первичного контакта воспринимающей поверхности с пахучими молекулами представляет собой обнаженное вещество самого нерва, т.е. при ощущении запаха происходит непосредственный контакт с окружающим миром [Райт Р.Х., 1966].

Учитывая количество обонятельных волосков, их длину, диаметр, можно рассчитать, что, например, у кролика первичная площадь контакта между пахучими молекулами и воспринимающей поверхностью составляет 600 м 2 . У человека она в 100 раз меньше. Эта чувствительная поверхность представляет собой обнаженное вещество нерва.

У человека количество обонятельных клеток составляет около 60 млн. Импульс в отдельном нервном волокне возникает при попадании на его рецепторы 8-10 молекул пахучих веществ. Ощущение запаха возникает, если одновременно возбуждается не менее 40 нервных волокон.

Обонятельные клетки имеют форму веретена с двумя отростками - периферическим и центральным. От периферического (апикального) отдела отходит дендрит, который заканчивается обонятельной булавой, несущей 10-15 ресничек - обонятельных рецепторов, которые находятся в слое слизи и медленно, но несинхронно колеблются [Бронштейн А.И., 1950].

Молекулы ароматических веществ сначала поглощаются слизью, затем контактируют с ресничками и рецепторными молекулами в мембране обонятельных клеток.

Сходство и различие запахов связывают, во-первых, со структурой (т.е. с конфигурацией пахучих молекул и рецепторных участков на поверхностной мембране обонятельных волосков), во-вторых, с колебательными свойствами пахучих молекул (соответствием резонансных колебательных частот молекул ароматических веществ и рецептора).

Обонятельные рецепторы - это выросты плазматических мембран. Каждая из них состоит из 9 пар двойных трубочек, расположенных по периферии реснички, и одной пары, расположенной в центре. Они - участники рецепции, усиления сигнала и преобразования его в изменение биоэлектрической активности клетки. Рецепторы распадаются на группы с одинаковыми спектрами, т.е. одинаковыми ответами на стимул. Выделяют три группы рецепторов:

· реагирующие на феромоны;

· реагирующие на запахи пищи;

· реагирующие на широкий круг веществ.

Механизм преобразования сигнала при изменении ионной проницаемости плазматической мембраны клетки, дающий начало развитию рецепторного потенциала, до конца не расшифрован.

Исследователи считают, что трансдукция обонятельного сигнала сопряжена с цитоскелетом обонятельных нейронов. Основная роль отводится микротрубочкам, которые, как полагают, участвуют в рецепции, трансформации и проведении стимулов внешней среды. Акцепторной молекулой одорантов служит тубулин - основной белок микротрубочек [Этингоф Р.Н. и др., 1987].

От центрального (дистального) отдела обонятельной клетки отходит аксон. В виде нескольких (до 20) тонких нитей он проникает через отверстия решетчатой кости и поступает в мозг, образуя на нижней поверхности лобной доли обонятельные луковицы. Внутри такой луковицы аксоны переплетены между собой и заканчиваются в теле клубочка, где имеются синапсы, через которые нервные импульсы с помощью неиромедиаторов передаются в обонятельные структуры мозга [Шеперд Г., 1978].

Ключевой системой действия растительных ароматических веществ является лимбическая система, включающая гиппокамп, гипоталамус, миндалевидное ядро и другие образования. Эти структуры названы обонятельным мозгом. Лимбическая система действует совместно с корой больших полушарий и ретикулярной формацией.

Эмоциональные напряжения, стрессы, действие экологических факторов сопровождаются глубокими сдвигами во многих функциональных системах организма. При этом первичные запускающие изменения, ведущие к патологии, происходят в лимбической системе.

Растительные ароматические вещества осуществляют свое действие через лимбическую систему, что сопровождается нормализацией нейрофизиологической функции лимбической системы, включением гипофизадреналовой системы, формированием биорегулирующих эффектов на всех органах и системах организма.

В последние годы выявлена ноотропная активность растительных ароматов на медиаторное звено ЦНС. Так, ароматы лаванды способствуют выделению серотонина, ароматы жасмина стимулируют выделение эндорфинов, а герани - действуют на ацетилхолин. Ароматы мяты способствуют снижению повышенного количества катехоламинов и т.д.

Привлекают внимание особенности и закономерности действия растительных ароматов через органы обоняния и обонятельный мозг на различные органы и системы. Они характеризуются сверхмалыми дозами (в диапазоне 10 -18 - 10 -10), а также противоположно направленным эффектом при более высоких дозах. Кроме того, несмотря на различный химический состав действующих ароматов и объектов, наблюдаются общие закономерности их действия в сверхмалых дозах. В этом диапазоне активны именно регуляторные вещества, которые в основном имеют пептидную и полипептидную природу, однако и некоторые вещества непептидной природы (в частности, растительные ароматические) действуют в сверхмалых дозах.

В нашей лаборатории на животных получены данные о действии растительных ароматических веществ (РАВ) на соматические клетки в сверхмалых дозах - на уровне 10 -10 - 10 -9 .

Нередко ароматы растений независимо от того, ощущаем мы их в атмосфере или нет, оказывают биорегулирующие эффекты.

Наша жизнь представляет собой непрерывную реакцию организма на поступающую информацию. Львиную ее долю поставляет зрение. А обоняние называют пятым чувством - после зрения, слуха, вкуса и осязания. Однако запахи имеют для человека, пожалуй, даже большее значение, чем информация от остальных органов чувств.

Сезон отпусков подходил к концу, а в одном из парижских уни­вермагов оставался непроданным большой запас летних товаров. И то­гда директор обратился за помощью к специалистам по запахам - одорологам. Те порекомендовали ис­пользовать в торговых залах аромат свежескошенного сена. Гранулы с этим запахом срочно разместили во всех отделах, где продавались това­ры для отдыха. И они пошли нарас­хват. Через неделю владелец уни­вермага вместо убытков подсчиты­вал прибыль: запах не подвел.

Можно привести десятки подоб­ных примеров, но сами по себе они не объясняют тайну власти запахов над нами. Чтобы понять ее, начнем, как говорится, танцевать от печки, в данном случае - от носа, издавна считавшегося самым загадочным из всех органов чувств. Лишь сравни­тельно недавно исследователям удалось проследить сложные связи между носом, воспринимающим за­пахи, и другими органами.

Дело обстоит так. Обонятельная область находится в верхнем отделе полости носа. Воздух попадает туда, пройдя фильтр из реснитчатых кле­ток эпителия, которые задерживают мельчайшие частицы пыли и микро­организмы.

Слизистая оболочка обонятель­ной ямки отличается от слизистой остальной поверхности полости носа от остальных органов чувств и цветом, и строением. В ее толще находится более 10 миллионов рецепторных клеток. Каждая из них по форме напоминает веретено с двумя отростками. Один - короткий, пе­риферический - направлен к по­верхности слизистой оболочки, дру­гой - длинный, так называемый центральный - в головной мозг.

На концах периферических отро­стков есть утолщения с 10-12 очень подвижными тонкими волосками. Они сгибаются, выпрямляются, по­ворачиваются в разные стороны, отыскивая и улавливая молекулы пахучих веществ. На этих обоня­тельных ресничках расположены ре-цепторные участки, отличающиеся друг от друга своим строением, бла­годаря чему каждый Из них вступает в контакт только с определенными пахучими молекулами.

В результате этого контакта в рецепторной клетке рождается нерв­ный импульс, который и устремляет­ся по центральному отростку в мозг - в его височную долю, где нахо­дится высший отдел обонятельного анализатора. После обработки при­нятой информации в нем форми­руется ощущение того или иного за­паха.

От анализатора разбегаются нер­вные пучки (их так и называют цен­тробежными), которые связывают его с вегетативными ядрами, гипота­ламусом, зрительным бугром и неко- торыми другими образованиями лим-бического комплекса. « В этих бога­тейших нервных связях обонятельно­го анализатора со многими структу­рами мозга, - подчеркивает про­фессор Е.С. Вельховер, - и кроется разгадка влияния различных обоня­тельных ощущений на функции орга­низма».

Кстати, наш « нюхательный аппа­рат» обладает уникальной особен­ностью. Известно, что нервные клет­ки головного мозга не восстанавли­ваются. Однако ученые из Центра медицинских исследований при уни­верситете штата Нью-Йорк обнару­жили исключение из этого правила. Оказывается, природа позаботилась о повышенной надежности нашего органа « пятого чувства» - очевид­но, в силу его чрезвычайной важно­сти для всего организма. Обоня­тельный нерв функционирует лишь 30-90 дней, а затем отмирает. Но к этому времени уже сформировался новенький нерв! Причем сам процесс их замены нисколько не влияет на чувствительность к запахам.

Нейробиолог Джеймс Швоб ком­ментирует это открытие так: « В обо­нятельной системе постоянно повто­ряются такие процессы, которые ха­рактерны для головного мозга лишь на эмбриональной стадии развития, а именно - процессы зарождения и дифференциации нейронов. Если мы поймем механизм их регенерации, то получим бесценную информацию о том, как развивается мозг».

Что такое запах? Если задаться вопросом, сколько существует запа­хов, ответ должен быть таким: столь­ко, сколько различных веществ и их комбинаций. У каждого вещества 74 свои летучие составляющие. Пахнут даже камни, в чем каждый может убедиться, если с силой ударит один камень о другой. Это подтверждает и « электронный нос» - лазерный при­бор, анализирующий испарения твердых тел, переведенных в газооб­разное состояние. На такой слож­нейший анализ требуется три секун­ды. А вот муха практически мгновен­но отличает сахар от сахарина, ана­лизируя, как установили исследова­тели, пространственное строение молекул запаха.

Люди давно догадывались, что запах - не что иное, как мельчай­шие частицы вещества, попадающие в нос. Но каким образом человек различает запахи? Как нос понимает, что, например, пахнет подгоревшим молоком, а не хвоей? Как он разли­чает бесконечные оттенки запахов? Взять хотя бы растительное масло. По запаху можно не только отличить соевое масло от подсолнечного, но и определить его происхождение: им­портное (оно почти без запаха), или с городского маслозавода, или дере­венское (самое пахучее).

С такой задачей справится почти любой человек. Но есть люди, кото­рые различают в несколько раз больше запахов, чем другие. Таких гениев обоняния единицы. « Носы» - именно так уважительно называ­ют дегустаторов-одорологов экстра­класса. Особенно ценятся « носы» в парфюмерной промышленности. В восприятии запахов есть и свои без­дарности, которым « медведь на нос наступил».

Вообще человеческий нос спосо­бен воспринять более 10 тысяч за­пахов. Но подавляющее большинст- во сигналов обонятельного анализа­тора отсылается в подсознание, и лишь незначительная часть одоро­логической информации восприни­мается мозгом как важная. Второ­степенная информация органов обо­няния усваивается на подсознатель­ном уровне, причем ее роль часто оказывается очень существенной, хотя человек может об этом даже не подозревать. Биологически важными запахами для любого живого суще­ства всегда остаются запахи пищи, опасности, полового партнера, ре­бенка.

В принципе, каждый может на­тренировать свой нюх, чтобы расши­рить спектр различаемых запахов. Для этого есть специальные методи­ки. Самая простая - специально об­ращать внимание на запахи. Как только вы начинаете фиксировать внимание на запахах, у вас начинает развиваться и соответствующая зона мозга.

Итак, пахучие молекулы воздей­ствуют на рецепторы обонятельных ресничек. Но как это происходит? Видные специалисты в области сте­реохимии Р. Монкрифф и Дж. Эймур доказали, что все дело в форме мо­лекулы. Ее восприятие молекулой рецептора подобно вхождению клю­ча в замок. Если они подходят друг к другу, происходит реакция « узнава­ния» определенного первичного за­паха.

На основании этой теории ученые построили трехмерные модели « пер­вичных» запахов. Молекула камфа­ры, например, округлая, мускуса - имеет форму диска. Приятный цве­точный запах вызывают пахучие мо­лекулы сходной дискообразной формы, но с гибким хвостом, как у воз­душных змеев. Прохладным мятным запахом обладают молекулы клино­образной формы. А эфирный запах обязан своим происхождением па­лочковидным молекулам.

А теперь проследуем за инфор­мационным импульсом из обоня­тельного анализатора, в головной мозг.

Когда речь идет о механизме процессов регуляции в организме, обычно его объясняют так: тот или иной орган посылает свой импульс, по нервным каналам в мозг, который в ответ отдает соответствующую ко­мандусигнал этому органу. А по по­воду характеристик таких импульсов и сигналов обычно произносят стан­дартную фразу: « электрические по своей природе». Но это все равно, что в ответ на вопрос о содержании телеграммы сказать: « Она послана с помощью электрического тока». Главное в биоэлектрических сигна­лах, циркулирующих в организме, - спектр их частот. Именно они явля­ются содержанием нервных импуль­сов, обеспечивающих согласованное функционирование различных сис­тем и органов. Эти частоты можно назвать « словами» непрерывного « диалога», а то и « выступлений» участников « общего собрания» орга­низма.

Обонятельный анализатор тоже активно участвует в « обмене репли­ками». Когда « ключ» (молекула па­хучего вещества) попадает в « замок» (соответствующую ей молекулу ре­цептора), по нервным каналам сле­дует электромагнитный сигнал стро­го определенной частоты. То, что он является электрическим, а не хими- ческим, было доказано в целом ряде опытов.

В апреле 1991 года американцы Линда Бак и Ричард Акселем из Ме­ждународного института имени Го­варда Хьюза при Колумбийском уни­верситете сообщили о своем откры­тии, ставшим одной из самых гром­ких научных сенсаций последних лет: устройство обонятельных рецепто­ров запрограммировано генетически! Оказывается, существует целое се­мейство генов, в которых закодиро­ваны « индивидуальные инструкции» по устройству разнотипных рецепто­ров. Другими словами, природа за­ранее позаботилась создать разно­типные рецепторы для каждого из более чем 10 тысяч запахов, которые воспринимает человек. Образно го­воря, это она изготовила 10 тысяч « замков» для 10 тысяч « ключей».

В мозге запаховые сигналы из обонятельного анализатора, попав в гипоталамус, приводят в действие « спусковой механизм», стимули­рующий выработку различных гор­монов. Впрочем, не исключено, что эти сигналы могут поступать прямо в центры эмоций, расположенные в височной доле. Главное, что в лю­бом случае под влиянием запахов рождаются гормоны, которые влияют на наше эмоциональное состояние. Еще в древних медицинских тракта­тах отмечено, что аромат одних рас­тений может возбуждать, бодрить, придавать силу и смелость, а других, наоборот, успокаивать, усыплять, вызывать тоску и тревогу у совер­шенно здоровых людей.

А вот любопытное свидетельство на сей счет современного исследо­вателя Сергея Москалева: « Для транспорта я использую особый оде­колон. Он надежно защищает меня от грязных и негармоничных вибра­ций. В свою очередь, окружающие меня люди, попадая в поле этого одеколона, также ощущают его бла­готворное воздействие, например, они перестают быть агрессивными… Если я нахожусь в троллейбусе и рядом стоит или сидит раздражен­ный и издерганный человек, то он, воспринимая успокаивающий запах, меняется на глазах: его состояние начинает улучшаться - взгляд теп­леет, напряженные мышцы лица раз­глаживаются, рука уже не так судо­рожно сжимает поручень, голос при­обретает мягкие оттенки».

Больше того, запахи влияют не только на психику, но и на сому - наше тело. Через гормональные ме­ханизмы они способны изменять ритм дыхания и пульс, накладывать свой отпечаток на зрительные, слу­ховые, вкусовые ощущения. Что ка­сается вкуса, то каждый знает, как возбуждает аппетит вкусно пахнущая еда. Но достаточно подхватить на­сморк, блокирующий обонятельный анализатор, и та же самая пища ка­жется безвкусной.

Сбои и поломки в « нюхательном аппарате» могут вызывать и более серьезные последствия. Так, во вре­мя опытов крысы с удаленными обо­нятельными луковицами набрасыва­лись на любое живое существо, ко­торое сажали в клетку: мышь, лягуш­ку, черепаху, даже крысенка, хотя нормальные особи лишь обнюхива­ли гостей. Лишившись обоняния, они проявляли немотивированную агрес­сию ко всему, что двигалось.

По схожести воздействия на че- ловека запахи делятся на несколько групп. Приятные - снижают кровя­ное давление и частоту пульса, вы­зывают чувство удовлетворения и высокую самооценку. Неприятные - повышают кровяное давление и час­тоту пульса, делают дыхание более частым и глубоким, провоцируют раздражение и недовольство собой. Сладкие и горькие - увеличивают работоспособность, мускусные - га­зообмен. Мятные, лимонные, розо­вые, напротив, уменьшают газооб­мен. К тому же ванилин, розовое и бергамотные масла нормализуют ритм дыхания.

Эти общие закономерности давно нашли практическое отражение в на­родной медицине, в которой есть ре­комендации для различных жизнен­ных ситуаций. Например, если нужно успокоиться, можно просто понюхать ромашку или герань. Кстати, про ро­машку Авиценна писал: « Если ню­хать ее свежую, она усыпляет». За­пах герани помогает избавиться от головной боли, гвоздики - от зуб­ной, левзеи - снять синдром похме­лья. Подскочило давление - помо­гут валериана, ваниль, мелисса. Ра­боту сердца усилит запах тополя и боярышника.

Японские ученые провели иссле­дование, чтобы определить, какие запахи мобилизуют внутренние ре­зервы организма, а какие помогают расслабиться и отдохнуть. Оказа­лось, что запахи лимона и эвкалипта возбуждают и увеличивают произво­дительность труда, а лаванды и роз­марина действуют успокаивающе. Студенты лучше справлялись с тес­тами, если аудитория периодически наполнялась ароматами мяты или ландыша. Запах ванили снимает стрессовое состояние, способствует расслаблению после сильного нерв­ного напряжения. У программистов г количество ошибок уменьшалось на 20%, когда они вдыхали запах ла­ванды, на 33% - от запаха жасмина и на 54% - от запаха лимона. Кроме того, было установлено, что запах моря - соли и йода - может уменьшить чувство тревоги. А запах яблока, по данным американских ис­следователей, ускоряет решение за­дач на сообразительность.

Исходя из результатов подобных исследований, корпорация « Кадзима» установила 33 мощные системы для насыщения ароматами воздуха в административных зданиях и 250 аналогичных устройств меньшей мощности для офисов различных компаний. Причем « ароматическое меню» на день составлено таким об­разом, чтобы запахи не только под­стегивали человека, но и периодиче­ски давали ему возможность рас­слабиться и немного отдохнуть. По­добная гуманность обусловлена прежде всего тем, что, как показали исследования ученых из Медицин­ского центра Джона Гопкинса и Дьюкского университета, при дли­тельном воздействии одного и того же запаха он просто перестает вы­зывать соответствующую гормо­нальную реакцию. Причина проста: обонятельные рецепторы теряют к нему чувствительность, поскольку их блокирует специфический белок-фермент.

Сергей Демкин

Мы слышим запахи благодаря обонятельному эпителию в верхней части носа, глубоко внутри. На его поверхности расположено около 10 миллионов обонятельных нейронов. В их клеточной мембране содержится около 1000 различных рецепторов. При этом каждый нейрон имеет только один белок и отвечает за определенный запах. За данное исследование американские ученые Линда Бак и Ричард Аксель получили Нобелевскую премию. Такое количество рецепторов создает огромный диапазон воспринимаемых запахов. Каждый конкретный запах кодируется, чтобы мы без труда узнали его в следующий раз. За счет механизма присвоения индивидуальных кодов мы можем различать и запечатлевать около 10 тысяч запахов.

Какой путь преодолевает запах прежде, чем мы поймем, что именно слышим?

Представим, что перед нами букет пионов. Мы наклоняемся к нему, чтобы насладиться ароматом цветов. Здесь начинается самое интересное. На вдохе молекула запаха, называемая одорантом, попадает в наш нос.

1. Одорант растворяется в слизистой и активизируют обонятельные рецепторы.

2. Они распознают, что это запах пиона, и начинают передавать информацию об этом в виде электрического импульса.

3. Сигнал проходит через обонятельный нерв, представляющий собой систему аксонов, и попадает в обонятельный тракт. Далее импульс следует в обонятельный треугольник.

4. Из обонятельного треугольника электрический импульс стремится по трем направлениям: длинным путем над мозолистым телом (тогда появляются ассоциации), средним путем от ядер перегородки (происходит поиск источника запаха), и коротким — сразу в крючок (обеспечивает двигательную защитную реакцию на резкий запах).

5. Нервный импульс поступает в подкорковый слой, который связан с лобными долями мозга и некоторыми двигательными центрами, а также с лимбической системой.

6. После того как мы услышали аромат, мы начинаем его анализировать. «Раскодированный» запах классифицируется человеком как приятный или неприятный; узнаваемый или новый; интенсивный или едва уловимый.

Эти стадии классификации проходят последовательно. Если нам нравится запах пионов, мы слушаем дальше, узнаем и оцениваем его интенсивность.

Мы слышим запахи только тогда, когда вес пахучей молекулы находится в диапазоне 17 — 300 дальтон (атомная единица массы равная 1.66053892 * 10-27 кг). Например, мы не слышим запах кислорода (15,99903 дальтон), зато мы прекрасно распознаем его аллотропную модификацию — озон (48 дальтон). Именно им пахнет после грозы.

С обонянием и лимбической системой все не так-то просто! Мы приближаемся к ответу, который поставили еще в начале: почему запахи вызывают эмоции и воспоминания, пробуждают аппетит или настораживают.

Дело в том, что обонятельный тракт является частью лимбической системы наряду с другими из элементов, такими как: гиппокамп, отвечающий за формирование долговременной памяти; гипоталамус, который отвечает за голод, жажду, половое влечение, режимы сна и бодрствования; миндалевидное тело, управляющее страхом, агрессией и осторожным поведением. Поэтому обоняние тесно связано с памятью, эмоциями, половым влечением, голодом, агрессией, защитой, сном и бодрствованием. Например, неприятные запахи сигнализируют об опасности: запах гари предостерегает нас от пожара, а запах прокисшего молока предупреждает, что его лучше не пить. И наоборот: аромат булочек с корицей вызывает в нас аппетит, а запах любимого человека пламенеет в нас желанием.

Мы также выяснили, что лимбическая система отвечает не только за обоняние, но также за память и эмоции. Благодаря гиппокампу формируется ассоциативная память. Именно поэтому определенные запахи вызывают у нас конкретные эмоции и способны пробудить воспоминания. Для памяти ароматы становятся «ярлыками», которые прочно ассоциируются с важными для нас событиями. Часто это происходит неосознанно. Например, спустя много лет, вы услышали парфюм, который напомнил вам о первом поцелуе, потому что тогда на вашем возлюбленном был такой же. Мы не сомневаемся, что каждый найдет в своей жизни подобные примеры. Но как запоминать запахи осознанно? В этом нам поможет дворец памяти и некоторые другие техники запоминания.

Как дворец памяти поможет нам запоминать запахи?

Для начала мы разберемся, что такое дворец памяти. Это мнемотехника, иначе говоря, техника запоминания, впервые упомянутая великим оратором Цицероном. Он рассказывает историю поэта Симонида, который должен был прочесть поэму в честь одного богача, у которого он пировал. Когда поэт вышел на улицу, здание, где проходило празднество рухнуло, и все погибли. Лица умерших были настолько обезображены, что родственники не могли их опознать. Помог Симонид, который помнил, в каком порядке за столом сидели гости. Отсюда и берет начало дворец памяти как техника упорядоченного расположения фактов в хорошо знакомом месте.

Для того чтобы создать дворец памяти, нужно выбрать хорошо знакомое вам место. Это может быть ваша квартира, улица, по которой вы часто гуляете, или дорога от работы до дома. Важно, чтобы вы знали местность подробно и смогли ярко, живо представить ее в любой момент времени, пройтись по ней, оглядеться вокруг и увидеть детали.

После этого можно начать привязывать запахи, которые нам надо запомнить, к местам и вещам в выбранном месте. К примеру, в начальных нотах аромата у вас бергамот, апельсин и роза. Начальные ноты можно расположить у входной двери вашей комнаты. Бергамот созвучно со словом бегемот, а значит можно представить у двери бегемота оранжевого (апельсинового цвета) с розой в зубах. Чем абсурднее будут ваши образы, тем легче будет запомнить ароматы. Но есть одно уточнение: вы должны знать, как пахнет бергамот, апельсин, роза, иначе вы будете запоминать только составы духов, но не представлять их запах, что гораздо сложнее.

По аналогии с примером, вы можете расположить запахи в комнате, используя образы, созвучия, схожести форм. Не нагружайте предметы дворца памяти лишними запахами. Чем меньше привязанных запахов к той же двери, тем лучше. Пусть ассоциация наталкивает вас на дальнейший ход мысли. И чем чаще вы мысленно прогуливаетесь по дворцу памяти, тем лучше.

Таким образом вы можете запоминать составы множества духов и любую другую информацию. Но как же запоминать сами запахи?

1. Ассоциируйте запахи с людьми, которых вы хорошо знаете, с животными, явлениями природы. Благодаря образам вам будет легче вспомнить аромат. В этом деле лучше довериться интуиции и запоминать первую ассоциацию или образ, которые возникнут у вас в голове.

2. Классический прием парфюмера: ассоциация запаха с цветом. Можно разделить оттенки на теплые и холодные и подобрать запахи, которыми вы располагаете к этим оттенкам, исходя из собственных предпочтений.

3. Вы можете изобразить запах на бумаге. Дайте волю фантазии, пусть аромат примет ту форму, которую вы пожелаете!

4. Ассоциируйте запах с музыкой. Вдыхая аромат полыни, вы слышите одинокую свирель в поле, а при запахе сандалового дерева в голове вдруг заиграл ситар? Значит, вы идете в верном направлении.

5. Описывайте запах как можно подробнее. Заведите себе блокнот и пишите в него все, что вы чувствуете, услышав аромат. Любые мысли, образы. Воспоминания и переживания станут вам помощниками в запоминании запахов.

Комбинируйте техники и запоминайте комплексно. Для начала возьмите пять ароматов, например: иланг-иланг, пачули, ваниль, бергамот и сандал. Запомнив эти ароматы, можно добавлять новые. Не забывайте регулярно тренироваться и успех обязательно придет!

Кто бы мог подумать, что...

Многие гены обоняния наших предков выключились в процессе эволюции из-за отсутствия необходимости. Хороший нюх не давал особого преимущества в борьбе за существование, поэтому механизм естественного отбора не устранил особей со слабым обонянием.

Змеиный нос — это раздвоенный язык, который улавливает природу и направление запаха. Молекулы пахучего вещества попадают на органы обоняния во рту. Так что, если змея показывает вам язык, она не дразнится, скорее всего, она просто ищет добычу.

Мы заблуждались, думая, что акулы способны учуять каплю крови за несколько километров. Да, у них отличный нюх, но им не тягаться с угрем, который способен по одной молекуле одоранта понять, что это за запах.

Женщины лучше, чем мужчины, распознают и классифицируют ароматы. Возможно, так сложилось в процессе эволюции. Женщины более избирательно выбирали полового партнера, обращая внимание, в том числе, и на запах. Это обеспечивало более здоровое потомство.

В жару мы слышим запахи острее, чем в холодное время года. Поэтому зимние ароматы интенсивные, а летние — легкие.

Текст подготовил Михаил Поздняков

С. САМСОНОВ, кандидат биологических наук.

В познании фоторецепции – работы органов зрения за последнюю четверть века достигнуты существенные успехи. Механизмы обоняния, восприятия запахов изучены значительно меньше, хотя интерес к ним продолжает возрастать. Перспективные результаты, имеющие не только научную, но и практическую ценность, получены в лаборатории рецепции Института биологической физики АН СССР, которой руководит профессор Е.Е. Фесенко.

Орган обоняния поистине уникален. Он способен быстро распознавать огромное число самых различных веществ, хотя бы их было ничтожно мало – всего несколько сотен молекул в кубическом сантиметре окружающего нас пространства. Природный анализатор запахов неизмеримо превосходит соответствующие приборы, созданные людьми. Как писал академик П.Л. Капица, «физика располагает приборами во много раз чувствительнее наших органов чувств. Только... обоняние... у животных более совершенно...». И считал одной из важнейших проблем физики будущего – «догнать обоняние собаки».

Очевидно, чувство обоняния появилось у представителей животного царства раньше остальных. В глубинах теплых древнейших морей оно расширило возможности поисков пищи, особей другого пола и, конечно, помогало избежать опасности.

С тех пор миновала длинная череда миллионолетий, но свое непреходящее значение обоняние сохранило и сейчас. Конечно, люди в смысле восприятия запахов многое потеряли по сравнению со своими далекими предками и в ряду живых существ занимают в этом отношении скромное место. И все же современный человек способен уловить разницу между доброй сотней тысяч различных соединений и множеством их комбинаций. Можно сказать, что это даже слишком много, поскольку человеческий язык не в состоянии дать каждому из запахов достаточно полную качественную характеристику. Слишком беден словарный запас.

Исследователи постоянно стремятся найти у пахучих соединений общие черты, обусловливающие их восприятие. Например, имеет значение молекулярная масса вещества: она должна находиться в диапазоне 17...300 дальтон – только тогда они для нас пахнут. И тем сильнее, чем больше и сложнее молекула, но тоже до определенных пределов, поскольку при усложнении уменьшается летучесть вещества, а это свойство определяет распространение запаха.

Делались попытки найти зависимость между особенностями восприятия различных веществ и формой их молекулы. Американский ученый Дж. Эймур, анализируя несколько сотен органических соединений, пришел к выводу, что их можно сгруппировать вокруг семи основных запахов: камфорного, мускусного, мятного, эфирного, цветочного, острого, гнилостного. Каждая группа имеет внутреннее сходство в молекулярном строении, а на мембранах рецепторных клеток должны находиться стереоспецифические активные центры семи типов. Так появилась на свет стереохимическая теория, ставшая существенным шагом вперед на пути классификации запахов, хотя она и носила в значительной степени умозрительный характер. Последующие исследования показали, что дело обстоит сложнее, чем предполагал Дж. Эймур, и воздействие на клетки, воспринимающие запах (обонятельные рецепторы), определяется не только формой, но и другими параметрами молекулы.

Результаты многих исследований также окончательно подтвердили, что обонятельный анализатор животных способен обнаруживать чрезвычайно низкие концентрации пахучих веществ. Особенно он чувствителен у насекомых, улавливающих издалека присутствие полового феромона, даже если в кубическом сантиметре воздуха его не более 100 молекул. Но все-таки многие свойства рецепторной клетки продолжали оставаться неясными.

Одним из центральных вопросов, вставших перед исследователями, была необходимость найти тот элемент клетки, с помощью которого она воспринимает запахи.

Предварительно стоит коротко рассказать об общей организации обонятельной системы у позвоночных. Рецепторные клетки обонятельного эпителия играют роль первичного механизма, улавливающего запахи извне. Они, по существу, являются нервными клетками, и от каждой из них отходит очень тонкий (диаметром около 0,2 микрометра) отросток – аксон, который оканчивается на поверхности одного из периферических отделов головного мозга – обонятельной луковицы. Здесь происходит первичная обработка полученной пахучей информации. Далее она передается по нервным волокнам обонятельного тракта в соответствующие участки головного мозга.

Обычно обонятельные клетки имеют веретенообразную форму и наделены периферическим и центральным отростками. Первый заканчивается обонятельной булавой, усаженной тончайшими волосками (антеннами), имеющими довольно сложное строение. Антенны содержат набор трубчатых фибрилл, напоминая в этом отношении жгутики или реснички, широко распространенные в мире простейших. Они находятся в постоянном движении, напоминая при разглядывании в микроскоп колосящуюся ниву.

Центральный отросток – аксон представляет собой не что иное, как ответвление обонятельного нерва. Аксоны разных клеток объединены в группы по 20...100 волокон и в составе обонятельного нерва идут к уже упомянутой обонятельной луковице.

Анализаторы различных животных могут существенно отличаться друг от друга. Разница заключается не только в плотности размещения рецепторных клеток, но и в их общем количестве. Для примера сравним собаку и человека. Разница в восприятии запахов у них громадна, хотя на квадратный сантиметр обонятельного эпителия приходится примерно одинаковое число рецепторных клеток. Зато их общее количество у собаки в 20...25 раз больше, чем у человека, и составляет около 200 миллионов. Поскольку каждая рецепторная клетка имеет свой аксон, обонятельный нерв собаки представляет собой «кабель», содержащий 200 миллионов «жил»!

Строение участка эпителия – приемника запахов

Кроме обонятельных, в составе эпителия имеются опорные клетки. Они образуют каркас эпителия, поддерживающий его структуру. Это, однако, не единственная их функция. Ряд исследователей полагают, что они не только поддерживают рецепторные клетки, но и помогают им в обмене веществ.

Есть еще третий тип клеток – базальные, находящиеся в глубине эпителия. Они образуют клеточный резерв, из которого при необходимости формируются рецепторные и опорные клетки. Поверхность эпителия, выстилающего обонятельную полость, покрыта слизью, что характерно для всех позвоночных. Слизь защищает эпителий от высыхания у наземных животных и от излишнего смачивания – у водных. Кроме того, она является источником ионов, необходимых для генерации электрического ответа клетки (то есть сигнала в мозг о появлении запаха), и участвует, возможно, в удалении остатков пахучих веществ с поверхности обонятельного эпителия по окончании их действия. В сущности, она является средой, где возникает и заканчивается взаимодействие пахучих веществ с обонятельными клетками.

Теперь вернемся к исследованию природы рецепторного элемента. Основой для постановки экспериментов послужила давно известная способность белков обеспечивать высокую специфичность и избирательность биологических реакций, в которые они вовлечены. Образно говоря, к каждому белку можно подобрать определенный «ключ», он будет единственным, и по нему можно узнавать, с каким «замком» имеешь дело. Ученые предполагали, что и обонятельные клетки не обходятся без белковых структур, взаимодействующих с пахучими веществами, но это надо было проверить.

Чтобы найти эти структуры, ученые решили ввести в клетку радиоактивное пахучее вещество, а затем, разделяя клеточные компоненты и измеряя радиоактивность каждого из них, найти тот, что взаимодействует с пахучей радиоактивной меткой. Это и будет кандидат в рецепторы пахучих веществ.

Для этих экспериментов необходимо было пахучее вещество с высокой удельной радиоактивностью. Выбор пал на камфору, которая часто используется в электрофизиологических экспериментах и обладает одним из 7 основных запахов по классификации Дж. Эймура. Здесь на помощь биологам пришли радиохимики из Института молекулярной генетики АН СССР, которые специально для этих опытов синтезировали радиоактивную камфору с нужными свойствами.

Опыты ставились следующим образом. На первом этапе с помощью соскоба получали препараты обонятельного эпителия лягушки и крысы с частичками мембран рецепторных клеток. В препарат вводили радиоактивную камфору и затем выделяли фракцию, содержащую радиоактивную метку. Для контроля то же самое проделывали с препаратами, приготовленными из других органов животного.

Как и следовало ожидать, компонент, способный эффективно связывать камфору при очень низких концентрациях последней, был обнаружен только в препарате обонятельного эпителия. В тканях языка, легких, печени его не оказалось. Удалось определить и молекулярную массу рецептора, составившую около 140 000 дальтон. В специальных экспериментах была установлена белковая природа рецептора. Исследователи показали, что молекула рецептора состоит из 2-х субъединиц с молекулярной массой 88 000 и 55 000 дальтон, причем центр связывания камфоры находится на большой субъединице. Как и предполагали, рецептор пахучих веществ оказался мембранным белком, практически не растворимым в воде.

Но полученные результаты не удовлетворили исследователей. Дело в том, что сама по себе способность связывать пахучее вещество еще не доказательство рецепторной природы того или иного компонента клетки. Она может оказаться случайной или играющей иную роль, не связанную с узнаванием пахучего вещества. В принципе в обонятельном эпителии могут быть несколько компонентов, способных связывать пахучие вещества, и только один из них может оказаться рецептором. Необходимо было еще раз проверить, но уже иными методами, что обнаруженные белки действительно служат рецепторами запахов.

Здесь исследователи пошли иммунохимическим путем. Если взять проверяемые белки, скажем, у крысы и ввести кролику, то там они сыграют роль «чужака»-антигена и, стало быть, вызовут образование антител к этим белкам. Если затем ввести антитела в препарат обонятельной ткани, то они, найдя там «свои» белки (кандидаты в рецепторы), помешают им связаться с радиоактивной камфорой. В этом случае электрического сигнала о получении запаха не будет. А если будет, то, значит, этот белок не рецептор.

Выполнив чрезвычайно трудоемкую операцию по извлечению нужных белков из крыс, исследователи иммунизировали ими кролика и получили в конечном итоге антитела к рецептору. Затем в специальных экспериментах было показано, что антитела эффективно блокируют связывание камфоры с рецептором. Остался последний, решающий шаг – показать, что антитела блокируют также электрический ответ клетки на пахучие вещества. Электрофизиологический эксперимент показал, что это действительно так. Сомнений в том, что выделенный белок относится к классу рецепторных, практически не осталось.

Иммунохимический подход позволил исследователям попутно решить еще две важные задачи. Во-первых, было определено место расположения рецепторов запаха в обонятельном эпителии. Как и предполагали, они локализованы в его поверхностном слое. Во-вторых, с помощью антител удалось резко упростить и ускорить процедуру выделения рецептора. Вместо прежних многосуточных процедур рецептор теперь можно выделить в течение 2...3 часов: для этого достаточно один раз пропустить препарат обонятельного эпителия через колонку с антителами. При этом через колонку проходят все компоненты препарата, кроме рецептора, который задерживает антитела. После удаления всех остальных компонентов рецептор вымывается из колонки специальным раствором, в котором ослабляется взаимодействие антитела и рецептора.

Сравнив свойства камфорных рецепторов из обонятельной ткани лягушки и крысы, исследователи обнаружили, что они очень похожи по своим свойствам. А как обстоит дело с рецепторами на другие пахучие вещества? Быть может, все они очень похожи друг на друга и составляют семейство обонятельных рецепторных белков, подобно зрительным пигментам различных животных? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо было синтезировать хотя бы несколько радиоактивных пахучих веществ, относящихся к разным классам запахов. К сожалению, синтез каждой такой метки представляет сложную и очень трудоемкую задачу, поэтому исследователи были вынуждены пойти по другому пути. Они сменили объект и стали использовать в опытах препараты обонятельного эпителия рыб, для которых химическими стимулами служат аминокислоты, а их радиоактивные аналоги легкодоступны.

Надо сказать, что рыбы обладают хорошо развитой обонятельной системой и способны реагировать на весьма низкие концентрации пахучих веществ. Некоторые аминокислоты и их смеси имеют сигнальное значение для рыб. Так, угорь находит моллюска, которого использует в пищу, по выделенному им в воду комплексу из 7 аминокислот. С давних пор известно, что лососи стараются обойти то место в реке, где медведь ловит рыбу. Было выяснено, что сигнал тревоги имеет химическую природу и вымывается из кожи медведя. Его назвали «фактором звериной шкуры». Оказалось, что главным компонентом этого фактора является аминокислота L-серин. Ее добавление в речную воду само по себе вызывает реакцию тревоги у лососей. В последнее время удалось экспериментально доказать возможность привлечения с помощью химических сигналов некоторых морских рыб.

Все это делает рыб весьма привлекательным объектом с точки зрения изучения механизмов восприятия запахов. В опытах сотрудников лаборатории, которые были проведены на базе Карадагской биостанции, использовались черноморские скаты-хвостоколы, обладающие хорошо развитым и легкодоступным обонятельным анализатором. В качестве стимулов применялись уже упомянутые L-серин и другие аминокислоты. Во всех случаях были обнаружены мембранные белки, способные эффективно связывать аминокислоты. Их характеристики, в частности молекулярный вес и субъединичное строение, оказались практически такими же, как у камфорного рецептора лягушки и крысы. Сегодня у исследователей нет сомнений, что они имеют дело с новым семейством рецепторных белков, уникальными свойствами которых в значительной степени объясняются рекордные чувствительность и избирательность обонятельного анализатора.

Последующие эксперименты показали, что, кроме белкового рецептора, в обонятельном эпителии животных присутствует другой высокомолекулярный компонент, также способный связывать пахучие вещества. В отличие от мембранного белка он растворяется в воде, и, по крайней мере, часть его находится в слизи, покрывающей обонятельный эпителий. Установлено, что он имеет нуклеопротеидную природу, его молекулярная масса составляет около 150 000 дальтон. Его концентрация в эпителии в несколько тысяч раз выше, чем мембранного рецептора, а специфичность по отношению к пахучим веществам значительно меньше. Принимает ли нуклеопротеид участие в восприятии пахучих веществ? Если да, то какова его роль в этом процессе? Исследователи полагают, что он входит в состав неспецифической системы, обеспечивающей очистку обонятельного эпителия от различных пахучих веществ по окончании их действия, что необходимо для приема других запахов. Иными словами, предполагается, что нуклеопротеид, попадая в слизь, способен усиливать ток слизи и тем увеличивать эффективность очистки обонятельного эпителия. Не исключено также, что нуклеопротеид, находясь в слизи, способствует растворению пахучих веществ в ней и, возможно, выполняет транспортные функции.

Молекула пахучего вещества, доставленная гранулой-адсорбентом к мембране клетки, взаимодействует с распознающим участком рецептора, который специальным белком G активирует аденилатцинлазу (АЦ) или какой-нибудь другой фермент. Синтезированные при этом внутриклеточные медиаторы (АТФ → цАМФ) активизируют ионные каналы, что приводит к возбуждению электрического сигнала в мозг о появлении запаха.

Исследователи располагают данными, указывающими на то, что нуклеопротеид синтезируется в опорных клетках и входит в состав пигментных гранул, которые выбрасываются из опорных клеток в слизь в ответ на стимуляцию обонятельного эпителия пахучими веществами. Может быть, это одна из основных функций опорных клеток при восприятии пахучих веществ?

Итак, результаты исследований говорят о том, что в процессе восприятия пахучих веществ участвуют две системы рецепторных элементов. Одна из них – система мембранных рецепторов – обеспечивает физиологический ответ клетки, характеризующийся высокой чувствительностью и избирательностью, вторая же – нуклеопротеидной природы – обеспечивает очистку обонятельного эпителия от пахучих веществ после приема сигнала.

Над чем сейчас работают ученые? Одна из задач – дальнейшее исследование свойств рецепторов и в частности определение функциональной роли малой (с молекулярной массой 55 000 дальтон) его субъединицы в реакции клетки на пахучее вещество. Но главное, пожалуй, сегодня не это. Необходимо понять, каким образом взаимодействие рецептора, с пахучим веществом вызывает генерацию электрического ответа клетки. По косвенным данным можно судить, что обонятельная клетка способна реагировать на одну (!) молекулу пахучего вещества – это предел физической чувствительности. Но в этом случае она должна обладать эффективной системой усиления слабых сигналов и чрезвычайно низким уровнем собственного шума. Расшифровать эти механизмы – значит сделать принципиальный шаг в познании общих принципов, лежащих в основе возбуждения клетки. И в этом направлении имеются уже первые успехи.

Познание тончайших механизмов восприятия разнообразнейших запахов, несомненно, имеет далеко идущие перспективы. Об этом свидетельствует то, что новые данные, полученные в лаборатории рецепции, быстро нашли выход в практику. Они послужили основой для разработки способа разделения тутового шелкопряда по полу. На первый взгляд проблема кажется не особенно важной, но такое впечатление ошибочно. С древнейших времен шелководство связано с сортировкой шелкопряда по половому признаку. До последнего времени операция производится вручную, что отнимает массу времени и сил.

Сотрудники лаборатории совместно со специалистами Среднеазиатского НИИ шелководства предложили оригинальный способ, который базируется на применении синтетического полового феромона. Этот способ дает научную основу для коренной модернизации производства грены (яичек шелкопряда) с помощью автоматизации ряда трудоемких операций. Его использование в промышленных масштабах сулит немалую экономию.

Наука и жизнь. 1988. №4.