Магазин

Портал главная

Новости Информация Статьи О запахах

   

 

 

 

 

 

 

 

Тайна Запаха

Часть 1. Яркий мир ароматов

 

Однажды ночью, Стивен Д., 22-летний студент-медик, приняв смесь изменяющих сознание препаратов, грезил, что он превратился в собаку и был окружен необычно богатыми, полными смысла запахами. Мечта, казалось, продолжалась и после того, как он проснулся — его мир остался заполненным пронзительными ароматами.

По пути в клинику тем утром, "Я принюхивался как собака. По запаху я узнал, до того как их увидел, двадцать пациентов, которые там были", сказал он позже невропатологу Оливеру Саксу.

"Каждый имел свой собственный обонятельный образ", говорил он, "намного более яркий и запоминающийся, чем любое лицо". Он узнавал улицы и магазины по их запахам. Причем, некоторые запахи вызывали у него удовольствие, а некоторые отвращение, но все же это было настолько захватывающе, что он мог едва думать о чем-нибудь еще.

Странные симптомы исчезли через несколько недель. Стивен Д. почувствовал большое облегчение, что стал снова нормальным, но вместе с тем он чувствовал "также и огромную потерю", писал Сакс в своей книге «Человек, который перепутал жену со шляпой и другие клинические истории» (The Man Who Mistook His Wife for a Hat and Other Clinical Tales). Годы спустя, став успешным врачом, Стивен Д. все еще помнил "что" мир запахов настолько яркий, настолько реальный! «Это походило на посещение другого мира, мира чистого восприятия, богатого, живого, самодостаточного, и полного... Я вижу теперь, чего мы лишились, став цивилизованными и социальными».

Быть цивилизованными и социальными означает, что нашей жизнью не управляют запахи. Социальным поведением большинства животных управляют запахи и другие химические сигналы. Собаки и мыши полагаются на ароматы, чтобы определить местонахождение еды, узнать следы и территорию, опознать родичей, найти пару. Социальные насекомые, типа муравьев посылают и получают сложные химические сигналы, которые говорят им, точно куда пойти и как вести себя в течение дня.

Люди же "видят" мир в значительной степени через глаза и уши. Мы пренебрегаем смыслом запаха — и часто подавляем понимание того, что нам говорит наш нос. Многим из нас приходилось слышать, что есть что-то постыдное в запахах.

Однако матери могут узнавать своих младенцев по запаху, и новорожденные признают матерей таким же образом. А запахи, которые окружают нас, влияют на наше самочувствие в течение всей нашей жизни.

Запахи также сохраняют странную способность «переносить» нас. Легкий запах трубочного табака, специфических духов, или давно забытого аромата может немедленно вызвать в воображении сцены и эмоции из прошлого. Многие писатели и художники изумлялись неизбежности появления этих воспоминаний.

В «Воспоминании о прошлом» (The Remembrance of Things Past), французский романист Марсель Пруст описал то, что случилось с ним после того, как он выпил ложку чая, в которую макнул кусок печенья «мадлен»: "Едва только теплая жидкость смешалась с крошками и коснулся моего неба, как дрожь пробежала через все мое тело, и я замер под действием того экстраординарного, что случалась со мной", - писал он. "Изысканное удовольствие вторглось в мои ощущения ... без всякого намека на его происхождение... Внезапно заработала память. Ведь это был вкус того самого кусочка печенья «мадлен», которое по утрам в воскресенье ... моя тетя Леони обычно давала мне, опустив его сначала в собственную чашку чая.... Немедленно, как декорации, выросли старый серый дом на улице, где была ее комната,... а затем и весь город, с его людьми, зданиями, садами, церковью и окрестностями. Они приняли форму и осязаемость, вынырнув из того, что было в моей чашке чая."

Один только внешний вид печенья «мадлен» не вернул эти воспоминания. Ему надо было попробовать и почувствовать его запах. "Когда уже ничего иного не существует из прошлого", - писал он, "после того, как люди умерли, вещи сломаны и утеряны ... запах и вкус вещей остаются неизменными долгое время, как души ...,  жизнерадостно несущие на крошечных, почти неосязаемых частичках своей сущности, великое явление памяти".

Пруст упомянул и вкус, и запах — и это справедливо, потому что большая часть вкуса пищи происходит от его аромата, который доносят к чувствительным клеткам носа ноздри, или который достигает этих клеток через полость рта.

Наши вкусовые рецепторы различают только четыре различных ощущения: сладкий, соленый, кислый, и горький. Другие вкусы происходят от запаха, и когда нос блокирован холодом, большинство пищевых продуктов кажется нам почти или совершенно безвкусными.

Для восприятия, как запаха, так и вкуса требуется вдохнуть, или глотнуть  вещества, которые воздействуют на рецепторы наших чувствительных клеток. Ранее в эволюции, эти два чувства имели единого предшественника - общее химическое чувство, которое позволяло бактериям и другим одноклеточным организмам находить пищу или определять вредные вещества.

Как мы различаем химические раздражители запахов - тайна, которая, до недавнего времени, ставило в тупик всех, кто пытался решить ее. Анатомические исследования показали, что сигналы чувствительных клеток носа достигают обонятельной области коры головного мозга сразу после прохождения обонятельной луковицы. Обонятельная область коры головного мозга, в свою очередь, соединяется непосредственно с ключевой структурой, называемой гипоталамус, который управляет сексуальным и материнским поведением.

Когда ученые пробовали исследовать детали этой системы, казалось, они упираются в глухую стену. Ни один из методов, который был плодотворным в исследовании зрения, не работал.

Дело даже обстояло еще хуже, очень немного было известен о веществах, на которые реагирует обонятельная система.  Средний человек, как считается, может распознать до 10 000 отдельных ароматов. Мы окружены множеством запахов, которые исходят от деревьев, цветов, земли, животных, пищи, индустриальной деятельности, бактериального разложения, от других людей. Все же, когда мы хотим описать эти бесчисленные ароматы, мы часто обращаемся к необработанным аналогиям, как то: что-то пахнет как роза, как пот, или как аммиак.

Наша культура придает настолько низкую значимость обонянию, что мы никогда не развивали надлежащий для него словарь. В «Естественной истории чувств», поэт Диана Акерман отмечает, что почти невозможно объяснить как что-то пахнет тому, кто не нюхал это. «Есть названия для всех оттенков цветов, пишет она — но, ни одного для тонов и оттенков запаха».

При этом, также, ароматы не могут быть измерены с помощью линейной шкалы измерения, которой пользуются ученые, когда измеряют длины волн света или частоты звуков. "Было бы хорошо, если бы один запах соответствовал короткой длине волны, а другой длинной, например, запахи розы и скунса, и Вы могли разместить каждый запах в рамках этой линейной шкалы," сказал Рэндалл Рид, исследователь HHMI (Howard Hughes Medical Institute) в Johns Hopkins University School of Medicine , который долго интересовался обонянием. "Но нет никакой шкалы запаха", так как молекулы с приятным запахом сильно отличаются по химическому составу и объемной форме.

Чтобы узнавать, как разнообразные молекулы вызывают наше восприятие запаха, исследователям пришлось изучать обонятельные ячейки и идентифицировать белки рецепторов, которые фактически связываются с одорантами.

 

 

Часть 2. Обнаружение обонятельных рецепторов

"Нам кажется, что мы нюхаем с помощью носа, [но] говорить так это все равно, что сказать, что мы слышим мочками уха," пишет Гордон Шепэрд, профессор неврологии Йельского Университета.

"На самом же деле, внешняя видимая часть носа служит только для того, чтобы впустить и направить по каналу воздух, содержащий ароматические молекулы". Нейроны же, реагирующие на эти молекулы расположены глубоко в носовой полости, на участке клеток, называемых обонятельным эпителием.

Расположенные на самом верху носовой полости позади своеобразной петли, обонятельный эпителий занимает площадь лишь в несколько квадратных сантиметров. Он содержит около 5 миллионов обонятельных нейронов, а также поддерживающие и стволовые клетки. Существует два таких участка - по одному на каждой стороне носа, расположенные по горизонтальной линии чуть пониже уровня глаза.

Каждый обонятельный нейрон в эпителии имеет, по крайней мере, 10 ресничек, которые выходят в тонкую пленку слизи, покрывающую поверхность клеток. Где-то на этих ресничках, как были убеждены ученые, должны быть белки - рецепторы, распознающие и связывающие ароматные молекулы, побуждая клетку посылать сигналы мозгу.

Белки – рецепторы могли бы стать ключом к ответу на два основных вопроса об обонянии, объясняет Ричард Аксель, исследователь HHMI в Колумбийском Университете. Во-первых, как система реагирует на тысячи молекул различных форм и размеров, которые мы называем одорантами, — "используется ли ограниченное число разнородных рецепторов, или большое количество относительно однородных рецепторов?" И, во-вторых, как мозг использует эти реакции, чтобы различать ароматы?

Череда открытий, полностью изменившая изучение обоняния, последовала после  упора на генетике. Вместо того, чтобы охотиться непосредственно на белки - рецепторы, Ричард Аксель и Линда Бак (они изображены на фотографии), которая была вместе с Акселем в одной группе постдокторантуры, а теперь является исследователем HHMI в Гарвардской медицинской школе, стали искать гены, имеющие инструкции для белков, которые присутствуют только в обонятельном эпителии.

Их усилия сначала не привели к успеху. "Теперь мы знаем, почему наши первоначальные схемы потерпели неудачу," говорит Аксель. "Потому что существует очень большое количество запаховых рецепторов, и каждый из которых очень слабо выражен".

Наконец, Бак придумала то, что Аксель называет "очень ловким ухищрением". Она сделала три предположения, которые сильно сузили область поиска, позволив сосредоточиться на группе генов, которые, по-видимому, кодируют белки  рецепторы запаха.

Ее первое предположение, основанное на разрозненных  свидетельствах из различных лабораторий — было то, что рецепторы запахов немного напоминают родопсин, белок рецептора палочковидной зрительной клетки глаза. Родопсин и, по крайней мере, 40 других белков рецепторов оплетают поверхность клетки семь раз, это придает им характерную, змеевидную форму. Также они взаимодействуют с G протеинами, чтобы передать сигналы вовнутрь клетки. Так как многие рецепторы этого типа имеют определенные последовательности ДНК, Бак спланировала исследования, которые выявят эти последовательности в ДНК крысы.

Далее, она предположила, что рецепторы запахов - члены большой группы родственных белков. Таким образом, она искала группы генов, которые имеют известное подобие. В-третьих, гены должны были быть выявлены только в обонятельном эпителии крысы.

"Если бы мы использовали только один из этих критериев, мы должны были изучать еще тысячи других генов", сказал Аксель. "Это предотвратило несколько лет лишней тяжелой работы".

Бак пишет "я перепробовала кучу вещей и работала очень напряженно в течение многих лет без всякого результата. Так что, когда я, наконец, нашла гены в 1991, я не могла этому поверить! Ни один из них не был известен прежде. Они были все разные, но все  родственны друг другу. Это было очень убедительно".

Это открытие дало возможность изучать чувство обоняния методами современных молекулярной и клеточной биологии и исследовать, как мозг различает ароматы.

Открытие также позволило исследователям "выделять" гены аналогичных белков - рецепторов других видов, путем поиска в библиотеках ДНК этих видов. Запаховые рецепторы людей, мышей, зубатки, собак, и саламандр были идентифицированы таким образом.

Самым удивительным в открытие группы исследователей было то, что существует настолько много обонятельных рецепторов. 100 различных гена, которые исследователи идентифицировали сначала, были только верхушкой айсберга. Сейчас уже считают, что существуют от 500 до 1 000 отдельных белков - рецепторов в крысиных, мышиных и, вероятно, в человеческих обонятельных нейронах.

"Это действительно много генов", говорит Аксель. "Это - 1 процент генома! Это означает, по-видимому, что у крысы, по крайней мере, 1 из каждых 100 генов задействован для обнаружения ароматов." Это ошеломляющее количество генов отражает критическую важность запахов для животных

 

Часть 3. Как крысы, мыши и, вероятно, люди различают запахи 

 

Хотя количество рецепторов запахов и велико, но их, по-видимому, все же меньше чем количество запахов, которые мы можем различить.

"Очень похоже, что количество распознаваемых запахов многократно превышает количество белков рецепторов, и это отношение составляет, по крайней мере, соотношение равное 10 к 1",  сказал Аксель. "В таком случае, как мозг различает запах, который  ощущает нос?"

Визуальная система нуждается только в трех видах рецепторов, чтобы различать все цвета, которые мы можем чувствовать, говорит он. Все эти рецепторы отвечают за одно и то же – за свет. Свет различных длин волн вызывает у трех видов рецепторов реакции разной интенсивности, а затем мозг сравнивает сигналы этих рецепторов, чтобы определить цвет. Но  обонятельная система должна использовать другую стратегию имея дело с большим разнообразием молекул, которые вызывают запахи.

Чтобы выяснять эту стратегию, Аксель начал, с вопроса, сколько видов белков рецепторов заключено в отдельном обонятельном нейроне. "Если отдельный нейрон заключает в себе лишь небольшое количество рецепторов, или вообще содержит один единственный рецептор, то проблема определения, какие рецепторы были активизированы сокращается до проблемы определения, какие нейроны были активизированы," говорит он.

Он решил, что достигнет быстрее успеха, работая с более простыми организмами, чем крысы. Поэтому он стал работать с рыбами, которые реагируют на меньшее количество одорантов и, вероятно, имеют меньше число рецепторов.

В результате работы с сомом, чьи рецепторы запахов оказались очень похожими на крысиные, Аксель и его партнеры сделали вывод, что его обонятельный нейрон может содержать только один или несколько рецепторов запаха. (Бак со своими коллегами пришли к тому же самому заключению, работая с мышами.)

Следующим шагом было выяснить, как рецепторы запаха и нейроны, которые вырабатывают их, распределены в носу. А также, кроме того, с какой частью мозга, эти нейроны соединены.

"Мы хотели изучить природу обонятельного кода", сказал Аксель. "Связаны ли нейроны, которые реагируют на запах жасмина и базилика с разными областями мозга?" и если так, предположил он, то мозг может основываться на расположении активизированных нейронов, чтобы определить запах.

Каждый обонятельный нейрон в носу имеет длинное волокно, или аксон, которое проходит через крошечное отверстие кости расположенной над ним - решетчатой пластины, чтобы создать соединение, или синапс, с другими нейронами. Этот синапс фактически формируется в обонятельной луковице , которая является частью мозга. Круглая, похожая на кнопку структура, обонятельной луковицы является достаточно большой у животных с острым обонянием, но уменьшается в относительном размере с убыванием этой способности.

Таким образом, ищейки, способные идти по запаху по следу человека на длинные расстояния по пересеченной местности, имеют обонятельные луковицы крупнее, чем у людей, при том, что люди более, чем в два раза крупнее этих собак.

В обонятельном эпителии носа, Аксель и группа Бак определили, что нейроны, которые вырабатывают конкретный запаховый рецептор, не скапливаются вместе, наоборот, эти нейроны распределены беспорядочно в пределах определенных широких областей эпителия, названных зонами экспрессии, которые расположены симметрично по обеим сторонах носовых впадин животных.

Однако, как только аксоны добираются до обонятельной луковицы, они группируются так, что все те, которые содержат одинаковые рецепторы, сходятся в одном и том же месте в обонятельной луковице. Результат - очень высокоорганизованная пространственная карта информации, полученной от различных рецепторов.

"Мозг по существу говорит что-то типа: 'я вижу активность в позициях 1, 15, и 54 обонятельной луковицы, которые соответствуют рецепторам запахов 1, 15, и 54, значит, это должен быть жасмин". Аксель предположил, что большинство ароматов состоит из смесей молекул одорантов и, следовательно, другие ароматы могут быть идентифицированы с помощью других комбинаций.

Удивительно, что пространственная карта обонятельных луковиц идентична у всех мышей, которые были проверены, сказала Бак. Как она считает, эта информация является ключом к разгадке древней загадки.

Часть 4. Память о запахах

Ученые долго удивлялись тому, как мы умудряемся помнить запахи, несмотря на то, что каждый обонятельный нейрон в эпителии живет лишь около 60 дней, после чего  он заменяется новой клеткой. В большинстве других частей тела, нейроны умирают без всяких преемников, но когда умирают обонятельные нейроны, слой стволовых клеток, расположенных под ними непрерывно производит новые обонятельные нейроны, обеспечивая устойчивый их приток.

"Загадка была в том, как мы можем помнить запахи, когда эти нейроны постоянно меняются, а новые клетки должны сформировать новые синапсы?" говорит Бак. "Теперь мы знаем ответ: Воспоминания выживают, потому что аксоны нейронов, отражающих один и тот же рецептор всегда, идут в то же самое место."

Таким образом, некоторые этапы загадочного процесса обоняния начинают уступать исследователям. Но много тайн еще остается. Например, что случается с информацией о запахах после того, как она прошла от обонятельной луковицы до обонятельной зоны коры головного мозга? Как она обрабатывается там? Как она достигает более высоких мозговых центров, в которых информация о запахах связана с поведением?

Некоторые исследователи полагают, что на такие вопросы можно лучше всего ответить, изучая саламандру. Носовая впадина этого ящероподобного существа представляет собой сплющенный мешочек. "Вы может открыть ее почти как книгу", чтобы исследовать, как ее обонятельные нейроны реагируют на запахи, говорит Джон Кауэр (John Kauer), ученый невролог Медицинской Школы Тафтс (Tufts Medical School) и Медицинского Центра Новой Англии в Бостоне (New England Medical Center in Boston), штат Массачусетс, который исследует обоняние с середины 1970-ых.

Саламандры позволят проанализировать всю обонятельную систему — от рецепторов запахов, находящихся в обонятельной луковице, до высших уровней мозга, и, даже, до поведения, считает Кауэр. Его исследовательская группа уже научило саламандр изменять потенциал их кожи (тип поведенческой реакции, который измеряется в испытаниях на детекторе лжи) всякий раз, когда они чувствуют определенный запах.

Чтобы изучать всю систему ненавязчиво, Кауэр использует группу фотодатчиков, которые позволяют записывать с разных позиций одновременно. Он применяет специальные краски, которые показывают изменения напряжения в мембранах клеток. Далее он включает видеокамеру, который фиксирует картинку активности многих частей системы.

"Мы думаем, что подобная оптическая регистрация даст нам глобальную картину того, что делают все компоненты системы в их взаимодействии", говорит Кауэр. Он надеется, что "возможно, через 10  или 20 лет мы будем в состоянии сделать очень тщательное описание каждого шага процесса."

Это было бы удивительным прогрессом в изучении сенсорной системы, которая была фактически неисследована еще пять лет назад. Открытия Акселя и Бак оживили исследование обоняния, и ученые теперь стекаются в эту область, возбужденные возможностью успеха и, наконец, решением его тайн.

 

Автор: Майя Пайнс (Maya Pines, www.hhmi.org)

Перевод: Аромарекламы

 

 

Еще статьи о феромонах и тайнах обоняния на Аромарекламе:

Еще информация о феромонах на странице О запахах

 

 

   
 

 

 

   
 
 
     
Портал Новости Информация

Статьи

О запахах

Интернет магазин

 

Контакты

 

Copyright©2006