Геннадий Кибардин - 5 наших чувств для здоровой и долгой жизни. Практическое руководство
Бак и Эксел избрали принципиально новый подход – они обратились к стремительно развивающейся генетике и начали поиск генов, активность которых регистрируется исключительно в обонятельном эпителии. Вначале их эксперименты также были безуспешны, что позже Эксел объяснил существованием огромного количества белков-рецепторов, реакция каждого из которых на конкретный запах слишком слаба, чтобы ее можно было обнаружить существующими методами.
Справиться с этой проблемой ученым помогла придуманная Бак схема, с помощью трех допущений значительно сократившая область поиска. Согласно первому допущению, основанному на имевшихся на тот момент разрозненных научных фактах, искать следовало только гены белков, обладающих определенным сходством с родопсином. Это рецепторный белок, за счет которого происходит формирование электрического импульса в палочках сетчатки глаза, клетках, не различающих цвета, а реагирующих на изменение освещенности и обеспечивающих сумеречное зрение. Кроме того, искомые белки должны были относиться к одному семейству, а кодирующие их гены – проявлять активность исключительно в клетках обонятельного эпителия.
У крыс генов, отвечающих всем трем критериям, нашлось около тысячи – примерно 1 % от всего генома. Каждый сотый крысиный ген задействован в распознавании запахов, что указывает на чрезвычайную важность системы обоняния для грызунов – близких родственников приматов: наши ветви на древе эволюции разошлись около 25 миллионов лет назад.
Поиск в ДНК-библиотеках позволил найти в геномах других видов (мыши, саламандры, зубатки, собаки, человека и других животных) гены-аналоги, связанные с первичным восприятием запахов. Правда, в отличие от большинства животных, у которых большая часть этих генов исправно синтезирует соответствующие белки, у человека имеется почти 60 % генов белков обонятельных рецепторов. Судя по всему, мутации, блокирующие активность генов обонятельных рецепторов, стали накапливаться с того времени, когда острое обоняние утратило свою важность для выживания обезьяноподобных предков человека.
Дальнейшее изучение системы органов обоняния показало, что каждый отдельный рецепторный нейрон может распознавать множество пахучих молекул, каждая из которых активирует различные белковые рецепторы на поверхности его мембраны. Такая комбинаторная система кодирования сигналов позволяет распознавать практически неограниченное количество ароматов.
Даже незначительно отличающиеся по химической структуре молекулы активируют различные комбинации рецепторных белков, находящихся на мембранах разных нейронов, поэтому запах октанового спирта напоминает запах цитрусовых, а отличающейся от него только одним дополнительным атомом кислорода октановой кислоты – запах пота.
К тому же эффекту может привести изменение пространственного строения молекул. Например, запахи тмина и кудрявой мяты обеспечивают d-карвон и l-карвон – хиральные изомеры. Это молекулы с одинаковым химическим составом, отличающиеся друг от друга, как предмет от его зеркального изображения.
Кроме того, большее количество молекул активирует более широкий спектр рецепторов, из-за чего одно и то же вещество может пахнуть по-разному в зависимости от концентрации.
Самым удивительным примером является скатол – гетероциклическое соединение, образующееся при разложении белковых соединений и придающее специфический запах испражнениям. В то же время в малых концентрациях скатол обладает приятным запахом и входит в состав парфюмерных продуктов и пищевых эссенций.
Наиболее многогранными в этом отношении являются альдегиды. Так, кокосовый альдегид в небольшой концентрации пахнет не кокосом, а абрикосом или персиком, а запах анисового альдегида при разбавлении ощущается как аромат свежего сена, шиповника и цветов боярышника.
К наиболее неприятно пахнущим соединениям относятся серосодержащие вещества, начиная с самого простого – сероводорода H2S. «Чемпионами» среди них считаются меркаптаны. Их смесь обеспечивает неприятный запах скунсовой струи, от которой человек может даже упасть в обморок. Меркаптаны придают неповторимый аромат гнилой капусте и бытовому газу. Природный газ ничем не пахнет, и в целях безопасности в него добавляют чуть-чуть изоамилмеркаптана. Серосодержащие соединения диаллилдисульфид и аллицин обеспечивают резкий запах чеснока, а основной компонент запаха лука – аллилпропилдисульфид.
В самих чесноке и луке (относящихся к роду Allium) нет аллилов: в них при разрезании под действием ферментов превращаются многочисленные молекулы аминокислоты цистеина, содержащие сульфгидрильные группы – SH. Особенностью этих дисульфидов является то, что от их запаха практически невозможно избавиться ни с помощью чистки зубов, ни полосканием рта. Дело в том, что эти соединения, проникнув через стенки кишечника в кровь, разносятся по всему организму, в том числе и в легкие, откуда непрерывно выделяются наружу с выдыхаемым воздухом.
Обонятельный мозг, rhinencephalon, есть филогенетически самая древняя часть переднего мозга, возникшая в связи с анализатором обоняния, когда передний мозг не стал еще органом поведения животного. Поэтому все компоненты его являются различными частями обонятельного анализатора. У рыб почти весь передний мозг является органом обоняния.
С развитием новой коры, что наблюдается у млекопитающих и человека, стала развиваться новая часть переднего мозга (neencephalon) – плащ, pallium. Neopallium, новый плащ, в коре которого, neocortex, появились высшие центры обоняния – корковые концы анализатора. Это – uncus, являющийся частью сводчатой извилины. В результате обонятельный мозг человека содержит ряд образований различного происхождения, которые топографически можно разделить на два отдела: периферический отдел – это обонятельная доля и центральный отдел – это извилины мозга.
Глава 14
Обоняние в жизни человека
Обоняние человек начинает использовать с первых минут своей жизни. Только благодаря ему младенец узнает свою маму и находит пахнущую молоком грудь. В последующие два месяца, пока зрение ребенка не приобретет достаточную остроту, окружающий мир он воспринимает главным образом посредством запахов. По мере взросления и формирования других органов чувств обоняние у ребенка начинает утрачивать свою огромную значимость. Одновременно с этим происходит атрофия (отмирание) волокон обонятельного нерва. В течение первого года жизни острота обоняния человека снижается на 40–50 %, а дальнейшая скорость и степень ухудшения способности распознавать запахи зависят от индивидуальных особенностей организма, пола, образа жизни и воздействия различных факторов окружающей среды. Например, у начинающих курильщиков способность различать запахи поначалу снижается на 50–60 %, после чего восстанавливается на 20–30 %. При отказе от курения острота обоняния повышается примерно на 20 % по сравнению с исходной величиной.
Обычно человек более чувствителен к неприятным запахам. Как неприятные мы воспринимаем запахи, сигнализирующие нам об опасности: не ешь протухшее мясо или подгнившие фрукты, держись подальше от сероводорода, хлора, аммиака, не наступай на экскременты – в них могут быть яйца глист, дизентерийные амебы и прочая холера.
Вещества, которые мы можем почувствовать в наименьших концентрациях, обычно пахнут приятно. Рекордсменом долгое время считался ванилин. Человек может его унюхать при концентрации до 10-11 граммов в литре воздуха. Но совсем недавно выяснилось, что один из изомеров вещества под названием «винный лактон» (он придает винам сладковато-кокосовый аромат) ощущается при концентрации, в две тысячи раз меньшей: одна стотриллионная доля (10–14) грамма в 1 литре воздуха.
Женщины в целом обладают более острым обонянием, сохраняющимся до более преклонного возраста, чем у мужчин. Тем не менее многие профессии, связанные с различением запахов, являются исключительно мужскими. Дело в том, что изменения гормонального фона в течение месячных циклов женского организма влияют на работу различных органов и систем, в том числе и системы обоняния. В результате в начале цикла у женщин часто наблюдается снижение чувствительности к запахам. Этого не наблюдается при приеме гормональных противозачаточных средств, поддерживающих постоянный гормональный фон в организме, однако прием пилюль не является обязательным условием приема на подобную работу.
Без обоняния наша пища стала бы практически безвкусной. Вкусовые рецепторы человека различают четыре основных ощущения: сладкого, соленого, кислого и горького. Остальное разнообразие вкусов различных блюд и напитков обеспечивают комбинации ароматических веществ. При сильном насморке, когда верхние носовые раковины забиты и содержащий ароматы воздух до них просто не доходит, человеку все кажется безвкусным и неаппетитным. Эксперименты показали, что если человеку с зажатым носом еще и завязать глаза, чтобы лишить его зрительных ассоциаций с употребляемыми продуктами, он вряд ли сможет быстро отличить яблоко от картошки или красное вино от кофе.
