Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах

Издательства «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляют книгу Паоло Пелоси «Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах» (перевод Алексея Осипова).

Почему одни запахи кажутся нам чудесными, а другие вызывают отвращение? Есть ли на свете запахи, которые всегда воспринимаются как хорошие или дурные всеми представителями нашего вида — независимо от культуры, прошлого опыта и физиологических различий? Можно ли создать молекулу с каким-то определенным ароматом? А составить ольфакторную карту?.. И кстати, какую роль играют запахи в жизни разных насекомых? Паоло Пелоси, профессор химии, изучающий обоняние, автор более 150 научных публикаций, ответит на все эти и многие другие вопросы, познакомит с новейшими достижениями науки о запахах и расскажет об удивительных механизмах обоняния, которыми эволюция наделила всевозможных живых существ, включая человека.

«Мы часто не обращаем внимания на запахи и почти всегда их недооцениваем. Между тем они тайно влияют на наше настроение, предопределяют выбор и вообще делают жизнь куда более приятной. Наш нос непрерывно бомбардируют разнообразные молекулы, даже если мы ничего не нюхаем специально. Агрессивные запахи нас отталкивают и нередко спасают от потенциально опасных ситуаций, приятные кажутся неодолимо привлекательными, и зачастую всё это происходит исподволь, так, что мы ничего не осознаем. Ароматы вызывают эмоции и внезапно возвращают к жизни воспоминания, давно спрятанные в глубинах памяти», — рассказывает автор книги.

Предлагаем прочитать фрагмент главы, посвященной классификации запахов.

 

Описывая запахи и давая имена ольфакторным переживаниям, мы делаем огромный шаг к пониманию взаимосвязей между химической структурой и запахом. Бывает, что мы находим два очень похожих запаха и сразу принимаемся искать черты сходства в их молекулярной структуре. Первым этапом на пути научной организации обонятельного опыта как раз и стала попытка сгруппировать типы запахов в семейства и понять, что общего между их членами на уровне молекулярного строения.

Эта методика заставила ученых придумать ряд классификаций, основанных на некотором количестве базовых запахов — в этом контексте их называют основными ароматами, по аналогии с основными цветами нашей визуальной системы. Это был основной тренд исследований в области обоняния в 60–70-х годах XX века, до того как в дело вмешалась новая научная отрасль — биохимия.

Несколько групп ученых предложили свои версии таких списков, базирующихся на повседневном эмпирическом опыте. Увы, они так и не смогли прийти к единому мнению даже относительно количества этих основных ароматов: одни насчитывали всего 7, другие — целых 50. Но даже самый длинный список всё равно отставал от нескольких сотен типов ольфакторных рецепторов, которые в скором будущем открыла молекулярная биология.

По контрасту с такой пугающей сложностью ольфакторного кода со вкусом у нас всё невероятно просто: вкусовых ощущений мы знаем всего пять. Именно благодаря этой незамысловатости алфавит вкусового кода был расшифрован еще в древние времена — до того, как за дело взялась наука. Классификация вкусов по четырем категориям — сладкий, горький, соленый, кислый — не менялась веками и лишь недавно полностью подтвердилась данными молекулярной биологии. Пятый основной вкус, именуемый японским словом умами, и соответствующий ему избирательный рецептор добавили в систему в самое последнее время: это знакомый и характерный белковый вкус мясного бульона, ранее считавшийся результатом одновременной стимуляции сладкого и соленого рецепторов. Эта вкусовая модальность реагирует на некоторые аминокислоты — прежде всего на глутаминовую. Любопытно, что, еще до того как умами признали пятым вкусом, восточная кулинария веками добавляла глутамат в супы и прочие блюда, чтобы сделать их аппетитнее. На Западе вместо него используются концентраты мясного бульона, в которых глутамат тоже служит одним из основных ингредиентов.

Итак, вкусовой и цветовой код объединяет простота. Именно благодаря ей эти коды удалось расшифровать чисто эмпирическим путем и задолго до эпохи научных исследований. Эта же самая простота мастерски обманула ученых, вообразивших, что и обоняние может строиться на столь же несложной системе.

Между тем классифицировать запахи и декодировать их химический язык оказалось необыкновенно трудно — одно это уже должно было навести нас на мысль, что ольфакторный код гораздо сложнее и основан на куда большем количестве элементарных обонятельных ощущений. Ученые очень долго отвергали саму идею, что у нас в носу есть сотни разных ольфакторных рецепторов, считая ее маловероятной и, что еще важнее, неэкономичной. В конце концов, обоняние не так важно, как зрение (по крайней мере, у людей), так с чего бы природе вкладывать столько энергии в синтез сотен белков, способных распознавать запахи, когда для различения цветов хватает всего трех рецепторов?

Возьмем вкус: он осуществляет примерно такую же задачу — анализирует химический состав окружающей среды при помощи крайне ограниченного количества сенсоров. Очень простое, экономичное и эстетически куда более привлекательное решение!

Да, наше эстетическое чувство вообще очень сильно влияет на то, как мы воспринимаем природу, и не дает анализировать экспериментальные данные с достаточной объективностью. С другой стороны, некоторые наблюдения вполне подтверждают ту гипотезу, что природа устроена красиво и просто. Двойная спираль ДНК — типичный пример такой красоты и простоты. Важнейшее ее свойство — умение умножать себя — непосредственным образом связано с архитектурой этой молекулы, свободной от всего лишнего, устойчивой и гармоничной, как романская церковь. Если бы понадобилось придумать самовоспроизводящуюся молекулу, вряд ли удалось бы сделать что-то проще и прекраснее четырехосновной ДНК.

Однако подчас за этим простым и красивым фасадом прячется очень сложная биология. Сложность и избыточность не всегда оправданны функционально — часто это просто промежуточный результат эволюционного процесса, который пока еще не нашел оптимальное решение. Но бывает и так, что сложность — единственный способ справиться с массой разных биологических факторов, а недостаточность знаний пока не дает нам толком оценить стоящую за всем этим логику.

Именно так обстоит дело с обонянием, и именно поэтому у нас ушло столько времени на выявление биохимических механизмов, работающих в такой важной сфере повседневной жизни.

Так сколько же всего существует основных запахов?

Как мы уже говорили, стремление ученых упрощать, группировать и строить максимально фундаментальные модели привело к разбиению запахов всего на несколько десятков элементарных ощущений — по контрасту с сотнями ольфакторных рецепторов, имеющихся у каждого млекопитающего.

На этом этапе, после того как молекулярная биология наконец выявила гены, кодирующие обонятельные рецепторы, и обнаружила, как их неожиданно много, нам придется задать себе очередной неудобный вопрос: зачем нам вообще нужна такая громоздкая и, скажем прямо, избыточная система? Ответ всегда был буквально у нас под носом — лучше уж спросить, почему мы не нашли его раньше.

Мы уже сравнивали обонятельный код со зрительным; теперь давайте обратимся еще к одной сенсорной системе — слуху. Наши органы слуха содержат несколько тысяч разных чувствительных элементов, каждый из которых настроен на определенную длину волны. Зачем нам их так много? Представьте, что вы находитесь в заполненной народом комнате и разговариваете с другом; кругом все тоже болтают, шумят, а на заднем плане, возможно, еще и играет музыка. При всем этом мы как-то умудряемся вести беседу и понимать смысл звуков, исходящих изо рта нашего визави, несмотря на высокий уровень и многообразие фонового шума. Это возможно только благодаря нашему сложному слуховому аппарату.

Если бы звуковых рецепторов у нас было всего несколько и каждый воспринимал довольно обширную часть спектра (как это устроено с цветовым зрением), мы бы слышали только некий набор усредненных сигналов, в которых все звуки были бы перемешаны в кашу, не позволяющую выделить отдельные компоненты. Для нас очень важно уметь слышать каждый звук, каждое отдельное слово, изолируя их от фонового шума, — просто чтобы поддерживать адекватную коммуникацию. Та же самая сложная система дает возможность наслаждаться звуком скрипки в оркестре или слышать, когда кто-то зовет нас по имени в метро в час пик.

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

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

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

Мы до сих пор пользуемся обонянием, чтобы засечь утечку бытового газа или подгоревший в духовке пирог. И, понятное дело, именно оно дает нам возможность в полной мере насладиться изысканным блюдом или бокалом вина с его тончайшими оттенками аромата, вкупе создающими богатые, сложные ощущения, а не просто сливающимися в нечто неопределенное и невыразительное. Описывая вино, мы, кстати, очень уместно сравниваем его с симфонией обонятельных и вкусовых нот. Всё это было бы попросту невозможно с каким-нибудь десятком ольфакторных рецепторов. Итак, мы можем с полным правом заявить, что столь сложная обонятельная система, критически важная для выживания большинства видов животных, не простаивает зря и у нас, людей: она помогает нам наслаждаться жизнью и ценить ее радости.

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