Лука Турин - Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства

Открытием обонятельных рецепторов мы почти полностью обязаны настойчивости и интуиции одного ученого — Линды Бак. Ее работа, опубликованная в 1991 г., возродила к жизни область изучения запахов, пребывавшую до той поры в состоянии стагнации. Наука в основном и складывается из таких отдельных семян знаний, вырастающих в могущественные деревья. Но окончательное решение, по крайней мере в том, что касается обонятельных рецепторов человека, пришло с реализацией проекта «Геном человека». Мы, или, точнее, человек, обладающий своим набором генов, имеем 347 различных обонятельных рецепторов. Это тут же вызывает очевидно простой вопрос: имеет ли отношение каждый рецептор к одному конкретному запаху?

Представьте молекулы запаха как слова незнакомого языка, а количество рецепторов — соответствующим количеству знаков этого языка. Если это проблема палеографии, то нам по опыту известно, что существуют два противоположных типа нотации. В алфавитной нотации звуки делятся на составляющие элементы (согласные, гласные) и каждому элементу соответствует своя буква. В идеографической нотации каждому слову соответствует свой символ. Если вы знаете, как много объектов-слов нужно людям для функционирующего языка (около тысячи), то следующие действия таковы. Сначала вы собираете все примеры известных текстов на данном языке. Если у вас лишь одна глиняная табличка, лучше подождать, пока раскопают побольше. Затем считаете все различающиеся знаки. Если их меньше пятидесяти — вы понимаете, что это алфавитное письмо. Если их гораздо больше пятисот — это идеографическое письмо. Если их 347 — возникает дилемма, и с такой столкнулись те, кто расшифровывал мертвые языки, типа египетского или майя. Постепенно выяснилось, что оба эти языка являются силлабическими, т. е. такими, в которых каждый символ представляет комбинацию звуков, чаще всего согласного и гласного. Язык амхарик в Эфиопии — еще один интересный и живой пример, в котором 247 прекрасных знаков для комбинаций гласного и согласного.

А как с запахами? Параллель действительно напрашивается. Предположим, нужно распознать всего тысячу запахов. Если вам придется изобретать рецепторы запахов, можно пойти двумя путями. Если тысяча известна и неизменяема, а вам нужна высокая восприимчивость, вы скорее всего создадите тысячу рецепторов, каждый из которых будет оснащен стильным маленьким карманчиком, выкроенным по форме конкретного запаха, как углубления в коробке для шоколадных конфет. В каждый рецептор точно, а, значит, плотно входит молекула одного запаха. После этого можно взять небольшое количество вещества из воздуха и утверждать, что оно там присутствует. Недостатки? Начнем с того, что вся система должна быть невероятно сложной, ведь вам нужно создать тысячу различных проводников, но по стандартам мозга, это не самая сложная проблема. Более серьезный недостаток в том, что (если вы не верите в Главного творца) эволюции потребуется довольно длительный период времени для создания такой системы, потому что эволюционное давление в пользу индивидуумов, которые различают запах не 500, а 501 молекулы из тысячи, будет пренебрежительно малым. Но есть еще более серьезная проблема: вы не можете помешать возникновению новых запахов! Могут появляться какие-то новые фрукты с новым химическим составом, особенно если человечество, как это с ним постоянно случалось, перемещается с одной территории на другую. Появляются новые виды кошек со своим особым запахом, а вы это не замечаете, потому что ваше обоняние, как Ноев ковчег, уже закрыло двери для животных, которые не успели ко времени отправления.

Другой путь — пойти по пути алфавита. Все равно прежде всего нужно рассмотреть тысячу молекул запаха и понять, нет ли у них каких-то общих характеристик. Потом надо выбрать несколько (допустим, двадцать шесть) характеристик таким образом, чтобы у каждого запаха было их как минимум по две, и ни одна пара из тысячи запахов не имела абсолютно одинаковых характеристик. Далее нужно создать рецепторы, которые будут воспринимать каждую из этих характеристик, но игнорировать все остальное, что содержится в молекуле . Затем создадим для них параллельное соединение с мозгом, чтобы каждый рецептор посылал только свой собственный сигнал. Теперь можно понюхать какой-нибудь запах и посмотреть, что получится. Предположим, молекула имеет характеристики Р, О, З и А. Включаются четыре рецептора, и в мозгу вспыхивает слово «РОЗА». Далее допустим небольшой люфт в связи, чтобы даже при приблизительном соответствии рецептор мог послать сигнал, пусть даже ослабленный. Попробуем другое вещество приблизительно с такими же характеристиками, и получим, например, «роЗа» или «РоЗа»: их все равно можно прочитать, если выключить, так сказать, различие в регистре (между строчными и прописными буквами)

Теперь у вас получилась система, которая будет распознавать множество запахов. Даже если ограничиться четырехбуквенными словами, т. е. только комбинациями молекул, имеющими любые четыре из двадцати шести характеристик, то сумма их составит 358 800. Более того, система не будет закрытой. Новые запахи могут появляться при возникновении новых комбинаций этих четырех характеристик, и вы просто будете фиксировать их в мозгу как новое химическое слово. Кажется, все прекрасно, но есть несколько технических проблем. Одна из них — проблема магнита [50] Проблема очень грамотно (и понятно) представлена в статье D Lancet, E Sadovsky, and E Seidemann, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (1993. Vol. 90, No. 8, pp. 3715–19), доступной бесплатно в формате pdf на сайте www.pnas.org. : рецепторы будут слабо удерживать молекулы одним магнитом в каждый конкретный момент, потому что лишь одна ее часть в конкретный момент будет использоваться для связи. Это означает, что вы не сможете различать слабые концентрации. Другая проблема в том, что будет чертовски сложно игнорировать остальную часть молекулы и концентрироваться только на той характеристике, которая интересует рецептор. Чтобы это понять, представьте, что вам нужно вставить детальку в большой пазл, но при этом ваша деталька всегда идет в комплекте еще с несколькими. У вас это может получиться. Только если в пазле есть довольно большое свободное пространство, куда поместится этот комплект. Затем требуется убедиться, что место для недостающей детали находится на краю этого свободного пространства, а эта самая недостающая деталь находится на краю того комплекта любой причудливой конфигурации, который у вас имеется. Но в рецепторах нельзя сделать большое свободное пространство, поскольку о вакууме речь не идет, как нет, судя по всему, и водных карманов. Аромат с существенной характеристикой, выступающей наружу, должен расположиться внутри, как и все прочие, причем его будут толкать со всех сторон все рецепторы, с которыми он соприкасается. Это можно сравнить с переполненным утренним автобусом, в котором все пассажиры вежливые, не обращают внимания на то, что вы целуетесь со своей подружкой, и не норовят в свою очередь целовать вас. Более того, контакт будет возможен, только если вся остальная часть рецептора сделана из тефлона или какого-то другого скользкого материала, а та, которая реагирует на характеристику, липкая. Но каждая часть рецептора будет в такой степени липкой или назойливой, в какой рецептор заинтересован в контакте, поэтому довольно трудно организовать дело так, чтобы на конкретное распознавание не оказывала влияние вся молекула в целом. Однако, как мы скоро увидим, именно на это оказывается способен наш нос.