Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии - Джонджо МакФадден

Значение обоняния в жизни человека не ограничивается только распознаванием запахов, вдыхаемых носом. Возможно, вас это удивит, но считается, что наше чувство вкуса на 90 % является тем же обонянием. Когда мы пробуем пищу, рецепторы вкуса, расположенные на языке и небе, распознают химические вещества, растворенные в слюне. Однако у человека есть только пять видов рецепторов вкуса, способных различать комбинации пяти основных вкусов — сладкого, кислого, соленого, горького и вкуса умами (в переводе с японского «приятный пряный вкус»). В то же время запахи еды и напитков попадают из горла в носовую полость, где активизируют сотни рецепторов обоняния. По сравнению с рецепторами вкуса, рецепторы обоняния наделяют нас гораздо более широкими возможностями, позволяя различать тысячи различных запахов и наслаждаться ароматами хорошего вина, пахучих продуктов, приправ, трав или кофе. Несмотря на то что мы утратили вомероназальное обоняние, сохранившееся у большинства млекопитающих, широкая парфюмерная индустрия говорит о том, что запахи до сих пор играют важную роль в человеческих отношениях, особенно сексуальных. Фрейд даже усматривал связь между подавлением сексуальных желаний и сублимацией обоняния у большинства людей, однако при этом писал, что «есть целые народы, даже в Европе, в половой культуре которых высоко ценится сильный запах гениталий»[64].

Так как же люди, собаки, медведи, змеи, мотыльки, акулы, крысы и амфиприоны расшифровывают эти послания «материальной действительности»? Каким образом мы способны различать такое многообразие запахов?

В отличие от зрения и слуха, получающих информацию не напрямую, а посредством электромагнитных или звуковых волн, испускаемых объектом, органы вкуса и обоняния получают информацию, непосредственно контактируя с объектом (молекулой), несущим сообщение «материальной действительности». Механизмы обоих чувств (вкуса и обоняния) работают по очень схожему принципу. Молекулы, которые распознаются органами вкуса и обоняния, либо растворены в слюне, либо распространяются по воздуху и затем попадают на рецепторы, находящиеся на языке (рецепторы вкуса) или на обонятельном эпителии верхней носовой раковины носовой полости. Свойство летучести запахов говорит о том, что большинство из них представляют собой не что иное, как крошечные молекулы.

Сам нос не играет важной роли в процессе обоняния. Он лишь способствует продвижению воздуха к месту, где расположен обонятельный эпителий, а именно к задней части носовой полости (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Анатомия обоняния

Ткань обонятельного эпителия занимает небольшую площадь (у человека — всего лишь 3 кубических сантиметра, что составляет размер небольшой почтовой марки), однако она пронизана секретирующими клетками и миллионами обонятельных нейронов — нервных клеток, которые выполняют в обонянии ту же функцию, что палочки и колбочки в сетчатке глаза выполняют для зрения. Передний кончик обонятельного нерва напоминает метелку — многолучевую головку, на которой оболочка клетки расходится на множество ворсистых ресничек. Эта метелка, состоящая из тонких ресничек, выступает из клетки и ловит пролетающие мимо молекулы запахов. Задний кончик клетки напоминает ручку метелки и представляет собой аксон клетки, или нерв, протянутый через небольшую косточку в задней части носовой полости прямо в мозг, а точнее, в отдел мозга под названием «обонятельная луковица».

Оставшуюся часть главы мы посоветовали бы вам дочитать, положив перед собой апельсин. Лучше разрезать его на дольки так, чтобы резкий аромат фрукта достиг вашего обонятельного эпителия. Можете даже положить одну дольку в рот — тогда ее аромат попадет на ткань эпителия через ретроназальные пути. Как и все естественные запахи, аромат апельсина представляет собой сложную смесь сотен летучих компонентов, самый пахучий из которых — лимонен[65]. Об этом веществе мы поговорим подробно и проследим путь от молекулы лимонена до запаха апельсина.

Лимонен, как может подсказать его название, в большом количестве содержится в цитрусовых, например в апельсинах и лимонах, и формирует их резкий аромат и вкус. Это вещество относится к классу углеводородов под названием «терпены». Терпены входят в состав эфирных масел и обладают сильным запахом, который входит в состав аромата сосны, розы, винограда и шишек. Если хотите, поставьте перед собой вместо апельсина стакан пива или вина. Лимонен содержится в разных частях цитрусовых растений, включая листья, но в наибольшей концентрации он обнаруживается в кожуре плода, из которой его можно буквально выжимать.

Лимонен — это летучая жидкость, которая постепенно испаряется при комнатной температуре. Итак, из вашего апельсина в воздух разлетаются миллионы молекул лимонена. Большинство из них покинет комнату через дверь и окна, а некоторые молекулы окажутся недалеко от вашего носа. Вы будете дышать, и цитрусовый запах — то есть молекулы лимонена — попадет в ноздри и дойдет до назального эпителия, пронизанного примерно десятью миллионами обонятельных нейронов.

Когда молекулы лимонена будут пролетать мимо щеточек обонятельного эпителия, некоторые из них обязательно попадут в ловушку обонятельных нейронов. Даже одной молекулы лимонена достаточно для того, чтобы в мембране нейрона открылся крошечный канал, через который в клетку начинают проникать положительно заряженные ионы кальция. Если в ловушку эпителия попадает около 35 молекул лимонена, последующий поток ионов, направляющихся в клетку, сравним со слабым электрическим током около 1 пА[66]. Поток такой силы действует как стимул для возникновения волны электрического сигнала, известного как потенциал действия (об этом мы подробнее поговорим в главе 8), распространяющегося по ручке метелки, то есть по аксону клетки. Этот сигнал достигает обонятельной луковицы внутри головного мозга. Далее происходит обработка сигнала в нейронных сетях, и тогда вы наконец получаете «послание материальной действительности» в виде резкого цитрусового аромата.

Ключевым моментом данного процесса является, безусловно, захват молекулы обонятельным нейроном. Так как же это происходит? По аналогии с механизмом зрения и светочувствительными колбочками и палочками сетчатки глаза (которые, кстати, представляют собой разновидность нейронов), предполагалось, что обоняние также осуществляется некими поверхностными рецепторами обонятельного эпителия. Однако еще в 1970-е годы ученые ничего не знали о природе и свойствах обонятельных рецепторов.

Ричард Эксел родился в Бруклине (Нью-Йорк) в 1948 году. Он был первым ребенком в семье беженцев из оккупированной нацистами Польши. Его детство ничем не отличалось от детства любого бруклинского мальчишки того времени: между играми в стикбол (разновидность уличного бейсбола, в которой базами-подушечками служат канализационные люки, а битами — ручки от метел) и баскетбол на улицах и во дворах Ричард бегал по поручениям отца-портного. В 11 лет он получил свою первую работу курьера — доставлял неисправные вставные челюсти дантистам на починку. В 12 лет он укладывал ковровые покрытия, в 13 подавал солонину и копчености в местной забегаловке. Хозяином забегаловки был русский, который частенько цитировал Шекспира, нарезая капусту и приобщая Ричарда к миру великой культуры, лежащему где-то за пределами забегаловок и баскетбольных площадок. Так Ричард стал любителем литературы. Его интеллектуальные способности заметил один из учителей средней школы, впоследствии вдохновивший Эксела, причем успешно, на поступление в Колумбийский университет на литературный факультет.