Наша жизнь представляет собой непрерывную реакцию организма на поступающую информацию. Львиную ее долю поставляет зрение. А обоняние называют пятым чувством - после зрения, слуха, вкуса и осязания. Однако запахи имеют для человека, пожалуй, даже большее значение, чем информация от остальных органов чувств.

Сезон отпусков подходил к концу, а в одном из парижских уни­вермагов оставался непроданным большой запас летних товаров. И то­гда директор обратился за помощью к специалистам по запахам - одорологам. Те порекомендовали ис­пользовать в торговых залах аромат свежескошенного сена. Гранулы с этим запахом срочно разместили во всех отделах, где продавались това­ры для отдыха. И они пошли нарас­хват. Через неделю владелец уни­вермага вместо убытков подсчиты­вал прибыль: запах не подвел.

Можно привести десятки подоб­ных примеров, но сами по себе они не объясняют тайну власти запахов над нами. Чтобы понять ее, начнем, как говорится, танцевать от печки, в данном случае - от носа, издавна считавшегося самым загадочным из всех органов чувств. Лишь сравни­тельно недавно исследователям удалось проследить сложные связи между носом, воспринимающим за­пахи, и другими органами.

Дело обстоит так. Обонятельная область находится в верхнем отделе полости носа. Воздух попадает туда, пройдя фильтр из реснитчатых кле­ток эпителия, которые задерживают мельчайшие частицы пыли и микро­организмы.

Слизистая оболочка обонятель­ной ямки отличается от слизистой остальной поверхности полости носа от остальных органов чувств и цветом, и строением. В ее толще находится более 10 миллионов рецепторных клеток. Каждая из них по форме напоминает веретено с двумя отростками. Один - короткий, пе­риферический - направлен к по­верхности слизистой оболочки, дру­гой - длинный, так называемый центральный - в головной мозг.

На концах периферических отро­стков есть утолщения с 10-12 очень подвижными тонкими волосками. Они сгибаются, выпрямляются, по­ворачиваются в разные стороны, отыскивая и улавливая молекулы пахучих веществ. На этих обоня­тельных ресничках расположены ре-цепторные участки, отличающиеся друг от друга своим строением, бла­годаря чему каждый Из них вступает в контакт только с определенными пахучими молекулами.

В результате этого контакта в рецепторной клетке рождается нерв­ный импульс, который и устремляет­ся по центральному отростку в мозг - в его височную долю, где нахо­дится высший отдел обонятельного анализатора. После обработки при­нятой информации в нем форми­руется ощущение того или иного за­паха.

От анализатора разбегаются нер­вные пучки (их так и называют цен­тробежными), которые связывают его с вегетативными ядрами, гипота­ламусом, зрительным бугром и неко- торыми другими образованиями лим-бического комплекса. « В этих бога­тейших нервных связях обонятельно­го анализатора со многими структу­рами мозга, - подчеркивает про­фессор Е.С. Вельховер, - и кроется разгадка влияния различных обоня­тельных ощущений на функции орга­низма».

Кстати, наш « нюхательный аппа­рат» обладает уникальной особен­ностью. Известно, что нервные клет­ки головного мозга не восстанавли­ваются. Однако ученые из Центра медицинских исследований при уни­верситете штата Нью-Йорк обнару­жили исключение из этого правила. Оказывается, природа позаботилась о повышенной надежности нашего органа « пятого чувства» - очевид­но, в силу его чрезвычайной важно­сти для всего организма. Обоня­тельный нерв функционирует лишь 30-90 дней, а затем отмирает. Но к этому времени уже сформировался новенький нерв! Причем сам процесс их замены нисколько не влияет на чувствительность к запахам.

Нейробиолог Джеймс Швоб ком­ментирует это открытие так: « В обо­нятельной системе постоянно повто­ряются такие процессы, которые ха­рактерны для головного мозга лишь на эмбриональной стадии развития, а именно - процессы зарождения и дифференциации нейронов. Если мы поймем механизм их регенерации, то получим бесценную информацию о том, как развивается мозг».

Что такое запах? Если задаться вопросом, сколько существует запа­хов, ответ должен быть таким: столь­ко, сколько различных веществ и их комбинаций. У каждого вещества 74 свои летучие составляющие. Пахнут даже камни, в чем каждый может убедиться, если с силой ударит один камень о другой. Это подтверждает и « электронный нос» - лазерный при­бор, анализирующий испарения твердых тел, переведенных в газооб­разное состояние. На такой слож­нейший анализ требуется три секун­ды. А вот муха практически мгновен­но отличает сахар от сахарина, ана­лизируя, как установили исследова­тели, пространственное строение молекул запаха.

Люди давно догадывались, что запах - не что иное, как мельчай­шие частицы вещества, попадающие в нос. Но каким образом человек различает запахи? Как нос понимает, что, например, пахнет подгоревшим молоком, а не хвоей? Как он разли­чает бесконечные оттенки запахов? Взять хотя бы растительное масло. По запаху можно не только отличить соевое масло от подсолнечного, но и определить его происхождение: им­портное (оно почти без запаха), или с городского маслозавода, или дере­венское (самое пахучее).

С такой задачей справится почти любой человек. Но есть люди, кото­рые различают в несколько раз больше запахов, чем другие. Таких гениев обоняния единицы. « Носы» - именно так уважительно называ­ют дегустаторов-одорологов экстра­класса. Особенно ценятся « носы» в парфюмерной промышленности. В восприятии запахов есть и свои без­дарности, которым « медведь на нос наступил».

Вообще человеческий нос спосо­бен воспринять более 10 тысяч за­пахов. Но подавляющее большинст- во сигналов обонятельного анализа­тора отсылается в подсознание, и лишь незначительная часть одоро­логической информации восприни­мается мозгом как важная. Второ­степенная информация органов обо­няния усваивается на подсознатель­ном уровне, причем ее роль часто оказывается очень существенной, хотя человек может об этом даже не подозревать. Биологически важными запахами для любого живого суще­ства всегда остаются запахи пищи, опасности, полового партнера, ре­бенка.

В принципе, каждый может на­тренировать свой нюх, чтобы расши­рить спектр различаемых запахов. Для этого есть специальные методи­ки. Самая простая - специально об­ращать внимание на запахи. Как только вы начинаете фиксировать внимание на запахах, у вас начинает развиваться и соответствующая зона мозга.

Итак, пахучие молекулы воздей­ствуют на рецепторы обонятельных ресничек. Но как это происходит? Видные специалисты в области сте­реохимии Р. Монкрифф и Дж. Эймур доказали, что все дело в форме мо­лекулы. Ее восприятие молекулой рецептора подобно вхождению клю­ча в замок. Если они подходят друг к другу, происходит реакция « узнава­ния» определенного первичного за­паха.

На основании этой теории ученые построили трехмерные модели « пер­вичных» запахов. Молекула камфа­ры, например, округлая, мускуса - имеет форму диска. Приятный цве­точный запах вызывают пахучие мо­лекулы сходной дискообразной формы, но с гибким хвостом, как у воз­душных змеев. Прохладным мятным запахом обладают молекулы клино­образной формы. А эфирный запах обязан своим происхождением па­лочковидным молекулам.

А теперь проследуем за инфор­мационным импульсом из обоня­тельного анализатора, в головной мозг.

Когда речь идет о механизме процессов регуляции в организме, обычно его объясняют так: тот или иной орган посылает свой импульс, по нервным каналам в мозг, который в ответ отдает соответствующую ко­мандусигнал этому органу. А по по­воду характеристик таких импульсов и сигналов обычно произносят стан­дартную фразу: « электрические по своей природе». Но это все равно, что в ответ на вопрос о содержании телеграммы сказать: « Она послана с помощью электрического тока». Главное в биоэлектрических сигна­лах, циркулирующих в организме, - спектр их частот. Именно они явля­ются содержанием нервных импуль­сов, обеспечивающих согласованное функционирование различных сис­тем и органов. Эти частоты можно назвать « словами» непрерывного « диалога», а то и « выступлений» участников « общего собрания» орга­низма.

Обонятельный анализатор тоже активно участвует в « обмене репли­ками». Когда « ключ» (молекула па­хучего вещества) попадает в « замок» (соответствующую ей молекулу ре­цептора), по нервным каналам сле­дует электромагнитный сигнал стро­го определенной частоты. То, что он является электрическим, а не хими- ческим, было доказано в целом ряде опытов.

В апреле 1991 года американцы Линда Бак и Ричард Акселем из Ме­ждународного института имени Го­варда Хьюза при Колумбийском уни­верситете сообщили о своем откры­тии, ставшим одной из самых гром­ких научных сенсаций последних лет: устройство обонятельных рецепто­ров запрограммировано генетически! Оказывается, существует целое се­мейство генов, в которых закодиро­ваны « индивидуальные инструкции» по устройству разнотипных рецепто­ров. Другими словами, природа за­ранее позаботилась создать разно­типные рецепторы для каждого из более чем 10 тысяч запахов, которые воспринимает человек. Образно го­воря, это она изготовила 10 тысяч « замков» для 10 тысяч « ключей».

В мозге запаховые сигналы из обонятельного анализатора, попав в гипоталамус, приводят в действие « спусковой механизм», стимули­рующий выработку различных гор­монов. Впрочем, не исключено, что эти сигналы могут поступать прямо в центры эмоций, расположенные в височной доле. Главное, что в лю­бом случае под влиянием запахов рождаются гормоны, которые влияют на наше эмоциональное состояние. Еще в древних медицинских тракта­тах отмечено, что аромат одних рас­тений может возбуждать, бодрить, придавать силу и смелость, а других, наоборот, успокаивать, усыплять, вызывать тоску и тревогу у совер­шенно здоровых людей.

А вот любопытное свидетельство на сей счет современного исследо­вателя Сергея Москалева: « Для транспорта я использую особый оде­колон. Он надежно защищает меня от грязных и негармоничных вибра­ций. В свою очередь, окружающие меня люди, попадая в поле этого одеколона, также ощущают его бла­готворное воздействие, например, они перестают быть агрессивными… Если я нахожусь в троллейбусе и рядом стоит или сидит раздражен­ный и издерганный человек, то он, воспринимая успокаивающий запах, меняется на глазах: его состояние начинает улучшаться - взгляд теп­леет, напряженные мышцы лица раз­глаживаются, рука уже не так судо­рожно сжимает поручень, голос при­обретает мягкие оттенки».

Больше того, запахи влияют не только на психику, но и на сому - наше тело. Через гормональные ме­ханизмы они способны изменять ритм дыхания и пульс, накладывать свой отпечаток на зрительные, слу­ховые, вкусовые ощущения. Что ка­сается вкуса, то каждый знает, как возбуждает аппетит вкусно пахнущая еда. Но достаточно подхватить на­сморк, блокирующий обонятельный анализатор, и та же самая пища ка­жется безвкусной.

Сбои и поломки в « нюхательном аппарате» могут вызывать и более серьезные последствия. Так, во вре­мя опытов крысы с удаленными обо­нятельными луковицами набрасыва­лись на любое живое существо, ко­торое сажали в клетку: мышь, лягуш­ку, черепаху, даже крысенка, хотя нормальные особи лишь обнюхива­ли гостей. Лишившись обоняния, они проявляли немотивированную агрес­сию ко всему, что двигалось.

По схожести воздействия на че- ловека запахи делятся на несколько групп. Приятные - снижают кровя­ное давление и частоту пульса, вы­зывают чувство удовлетворения и высокую самооценку. Неприятные - повышают кровяное давление и час­тоту пульса, делают дыхание более частым и глубоким, провоцируют раздражение и недовольство собой. Сладкие и горькие - увеличивают работоспособность, мускусные - га­зообмен. Мятные, лимонные, розо­вые, напротив, уменьшают газооб­мен. К тому же ванилин, розовое и бергамотные масла нормализуют ритм дыхания.

Эти общие закономерности давно нашли практическое отражение в на­родной медицине, в которой есть ре­комендации для различных жизнен­ных ситуаций. Например, если нужно успокоиться, можно просто понюхать ромашку или герань. Кстати, про ро­машку Авиценна писал: « Если ню­хать ее свежую, она усыпляет». За­пах герани помогает избавиться от головной боли, гвоздики - от зуб­ной, левзеи - снять синдром похме­лья. Подскочило давление - помо­гут валериана, ваниль, мелисса. Ра­боту сердца усилит запах тополя и боярышника.

Японские ученые провели иссле­дование, чтобы определить, какие запахи мобилизуют внутренние ре­зервы организма, а какие помогают расслабиться и отдохнуть. Оказа­лось, что запахи лимона и эвкалипта возбуждают и увеличивают произво­дительность труда, а лаванды и роз­марина действуют успокаивающе. Студенты лучше справлялись с тес­тами, если аудитория периодически наполнялась ароматами мяты или ландыша. Запах ванили снимает стрессовое состояние, способствует расслаблению после сильного нерв­ного напряжения. У программистов г количество ошибок уменьшалось на 20%, когда они вдыхали запах ла­ванды, на 33% - от запаха жасмина и на 54% - от запаха лимона. Кроме того, было установлено, что запах моря - соли и йода - может уменьшить чувство тревоги. А запах яблока, по данным американских ис­следователей, ускоряет решение за­дач на сообразительность.

Исходя из результатов подобных исследований, корпорация « Кадзима» установила 33 мощные системы для насыщения ароматами воздуха в административных зданиях и 250 аналогичных устройств меньшей мощности для офисов различных компаний. Причем « ароматическое меню» на день составлено таким об­разом, чтобы запахи не только под­стегивали человека, но и периодиче­ски давали ему возможность рас­слабиться и немного отдохнуть. По­добная гуманность обусловлена прежде всего тем, что, как показали исследования ученых из Медицин­ского центра Джона Гопкинса и Дьюкского университета, при дли­тельном воздействии одного и того же запаха он просто перестает вы­зывать соответствующую гормо­нальную реакцию. Причина проста: обонятельные рецепторы теряют к нему чувствительность, поскольку их блокирует специфический белок-фермент.

Сергей Демкин

Обоняние и вкус, некогда столь же необходимые человеку для выживания, как слух, осязание и зрение, ныне гораздо слабее развиты, чем у животных, и играют второстепенную роль.

• Для многих истинная красота роз скрыта в их упоительном аромате.
• Лизнув мороженое кончиком языка, мы во всей полноте ощущаем его изумительный вкус!

С тех пор как человек поднялся с четверенек и оторвал нос от земли, его жизнь перестала в той же мере зависеть от обоняния и вкуса, как жизнь других животных. Утратив былое значение, эти физические чувства теперь служат человеку почти исключительно для выбора и получения удовольствия от еды и питья.

Химическая природа чувств

У вкуса и обоняния общая химическая природа. Это значит, что они представляют собой реакцию на присутствующие в окружающей среде химические вещества. Пробуя что-то на вкус, мы ощущаем присутствие во рту тех или иных химических веществ, а чувствуя запах - регистрируем их наличие в воздухе в газообразной форме.

Чистый воздух представляет собой смесь не имеющих запаха газов - главным образом, азота (78%) и кислорода (21%) с незначительными примесями инертных газов. Воздух может содержать до 5% водяных паров, тоже не имеющих запаха. Любые другие примеси потенциально можно обнаружить по запаху. Даже самые ничтожные концентрации химических примесей можно учуять носом, который подскажет хозяину, что годится в пищу, а что нет, что издает неприятный запах (и лучше держаться от него подальше), а что, возможно, является запахом другого животного - друга или врага.

Обоняние

Хорошо известно, что мы способны распознавать гораздо больше оттенков запаха, чем звуков. Однако ученым трудно уяснить, что же происходит, когда мы обоняем запах, как присутствующие в воздухе химические вещества воспринимаются носом и интерпретируются мозгом. До сих пор нет четкого понимания и того, как язык распознает и преобразует химические вещества во вкусовую информацию.

• Любой шеф-повар скажет, что нельзя судить о свежести продукта по одному внешнему виду. В этой профессии не обойтись без тонкого обоняния.

Тончайшие волоски

Впрочем, известно, что небольшой участок в задней части носовой полости изобилует нервными окончаниями, воспринимающими запахи. Этот участок, называемый обонятельным эпителием, или обонятельной областью, буквально напичкан миллионами нервных окончаний. Каждое из них имеет не меньше десятка тончайших волосков, или жгутиков. Они постоянно увлажняются слизью, которая тоже служит ловушкой для пахучих веществ. Но из-за недоступности обонятельной области ученым трудно исследовать происходящие в ней процессы.

Полагают, что при вдыхании с воздухом доступных нашему обонянию пахучих веществ они растворяются в слизи, увлажняющей жгутики, в результате чего эти тончайшие волоски покрываются раствором пахучих веществ. Реагируя на них, жгутики посылают сигналы обонятельным клеткам для дальнейшей передачи по соответствующим нервным волокнам (их называют обонятельными нервами). Затем эти сигналы передаются в обонятельный мозг - участок головного мозга, гораздо слабее развитый у людей, нежели у животных.

Основные запахи

Насколько мы можем судить, все обонятельные клетки, действующие как рецепторы распознаваемых по запаху химических веществ, абсолютно одинаковы, по этому остается загадкой, как они различают тысячи многообразных запахов.

За многие века люди выделили шесть "основных" запахов: цветочный, фруктовый, зловонный, пряный, смолистый (как скипидар) и запах гари.

Чтобы обладать запахом, вещество должно испарять микроскопические частицы. Наименьшими "кирпичиками" любого вещества являются молекулы, и, как полагают, обонятельные клетки способны различать молекулы по их форме.

Частицы и запах

Чем больше частиц испускает вещество, тем сильнее запах. Например, кипящий на плите куриный суп пахнет сильнее, чем холодная курятина на тарелке, так как с паром в воздух попадает больше пахучих частиц. Они-то и распознаются как запахи в силу своей способности растворяться в воде. Под воздействием тепла в воздух попадает больше частиц, а содержащаяся в воздухе влага обеспечивает их повышенную концентрацию, поэтому в теплой и влажной атмосфере запахи усиливаются. Вероятно, вы и сами замечали, что в теплой дымке после летнего дождя усиливается благоухание сада или травы; или что щепотка соли для ванн издает в горячей воде более сильный аромат, чем целая сухая упаковка.

Адаптация и маскировка

Если вы войдете в помещение, где кто-то ест котлеты с луком, резкий запах тотчас ударит вам в нос, хотя находящиеся здесь же люди его не замечают. Это явление называется адаптацией. Причина, по-видимому, в том, что когда все рецепторы "заполнены" пахучими химическими частицами, они перестают посылать сигналы в мозг.

Возможно, вы задавались вопросом, как освежители воздуха устраняют неприятные запахи. Этот эффект называется маскировкой. Освежитель вовсе не удаляет из воздуха дурно пахнущие частицы, но благодаря его присутствию мы перестаем их замечать. Нечто подобное происходит и при маскировке слуха, когда громкий звук заглушает более тихий, даже если наши уши воспринимают обе частоты. Мы пока не знаем, почему один запах "громче" другого. Само собой, если в воздухе присутствуют два запаха, маскировка происходит далеко не всегда. Часто оба запаха смешиваются либо по-прежнему воспринимаются по отдельности.

Вкус

О вкусе известно гораздо больше, чем об обонянии, и принято считать, что основных вкусов всего четыре: сладкий, соленый, кислый и горький. Но всем богатством оттенков того, что называют вкусом, мы обязаны обонянию. Должно быть, вы успели заметить, что при сильной простуде обоняние на время пропадает, и пища становится безвкусной. А дело в том, что при простуде вы получаете информацию о вкусе только с языка. Как показали опыты, пробуя продукты на вкус только языком, человек не отличает даже очищенного яблока от сырого картофеля.

Рецепторы, улавливающие сигналы от растворенных химических веществ, из которых состоит наша пища, называются вкусовыми сосочками. Это скопления микроскопических клеток, или нервных окончаний, на крохотных бугорках, расположенных на языке, нёбе и гортани. Каждый вкусовой сосочек - это гроздь из 50 с лишним клеток, соединенных с мозгом нервными волокнами. Все вкусовые сосочки способны различать четыре основных вкуса. Некоторые из них служат опорными клетками, остальные же - вкусовыми. Подобно рецепторам запаха, каждая вкусовая клетка имеет крохотный волосок (микровиллу). Внешние оконечности вкусовых сосочков соединены с осязательными нервами, благодаря чему вкус и осязание пищи во рту тесно связаны между собой. Услышав спор о том, какая говядина вкуснее - тонко или грубо нарезанная, - вы можете задаться вопросом, а в чем, собственно, разница. Однако от осязания пищи языком зависит и ее вкусовое восприятие.

Строение языка

Лучше всего реагирует на сладкое верхушка (кончик) языка, на кислое - его боковые края, на соленое - область по соседству с верхушкой и на горькое - прикорневая область. Как и рецепторы запаха, все вкусовые сосочки похожи друг на друга, однако в разных отделах языка они поразному сгруппированы. Все еще остается загадкой, как одни и те же клетки воспринимают разные раздражители. Ученые полагают, что организм вырабатывает так называемые рецепторные вещества, с помощью которых ощущаются различия во вкусе. До сих пор в опытах на животных были открыты только протеины, действующие как рецепторы горечи и сладости. Не исключено, что разные отделы языка вырабатывают разные количества рецепторных веществ. Хотя четкого представления о том, как это происходит, ученые пока не имеют, но уже сейчас можно с достаточной уверенностью предположить, что, вступая в контакт с растворенными химическими веществами, вкусовые сосочки издают соответствующий электрический импульс, который по нервам поступает в головной мозг.

Вкусно или нет?

Помимо вкуса, на наше представление о том, что мы едим, влияет целый букет впечатлений. Прежде всего, газы, выделяемые при пережевывании пищи, поднимаются в полость носа, воздействуя на обоняние. Значение имеет и структура пищи. К процессу подключаются температурные и болевые ощущения - ведь острая пища стимулирует болевые рецепторы (мазнув аджикой по лицу, вы ощутите на коже такое же жжение, как и на языке). Рецепторы осязания и давления подсказывают, что у нас во рту - хрустящие кусочки или крем, жесткая пища или мягкая; уши воспринимают звуки, издаваемые пищей при пережевывании. И, само собой, память - мы надолго запомним вызвавшее отвращение блюдо.

Наконец, глаза докладывают о внешнем виде того или иного блюда, и мы не раз возвращаемся к нему в памяти. Вероятно, у вас не раз текли слюнки не только при виде, но и при одной мысли о чемнибудь вкусненьком. Можно провести с друзьями любопытный эксперимент, пробуя что-нибудь на вкус с завязанными глазами. Вы, например, обнаружите, что не можете отличить апельсиновый сок от грейпфрутового, не видя их и не представив заранее вкуса. Любой хороший повар знает, что красиво оформленное блюдо усиливает аппетит, и ваши эксперименты это подтвердят. Что ни говори, а мы все же привыкли больше полагаться на зрение, чем на обоняние и вкус.

• Наш нюх гораздо слабее, чем у животных, и большинство людей просто не ощущает издаваемых нами природных запахов для привлечения сексуального партнера, полагаясь в этом на искусственно созданные ароматы.
• Определяя качество вина, опытный дегустатор полагается не только на чувствительное нёбо, но и на тонкое обоняние. Для настоящего знатока в букете вина нет секретов.

Знаете ли вы?

• Произрастающий в Западной Африке плод называют "волшебным", потому что он превращает кислую пищу в сладкую. Полагают, что он содержит протеин, заставляющий вкусовые сосочки подавать сигналы о наличии сладости в присутствии кислоты.
• Соленый и сладкий вкус имеют больше общего, чем кажется на первый взгляд. При очень высокой (пороговой) концентрации соль кажется сладкой.
• По некоторым оценкам, для определения вкуса нам требуется в 25 000 раз больше вещества, чем для определения запаха.
• У взрослого человека около 9000 вкусовых сосочков. Удетей их больше.
• Летучие вещества, например, бензин, обычно обладают сильным запахом, так как попадают в нос в довольно высокой концентрации.
• Желая хорошенько принюхаться к чему-нибудь, мы автоматически втягиваем воздух носом, чтобы захватить побольше пахучих частиц.

О разделе

Этот раздел содержит статьи, посвященные феноменам или версиям, которые так или иначе могут быть интересны или полезны исследователям необъясненного.
Статьи разделены по категориям:
Информационные. Содержат полезную для исследователей информацию из различных областей знаний.
Аналитические. Включают аналитику накопленной информации о версиях или феноменах, а также описания результатов проведенных экспериментов.
Технические. Аккумулируют информацию о технических решениях, которые могут найти применение в сфере изучения необъясненных фактов.
Методики. Содержат описания методик, применяемых участниками группы при расследовании фактов и исследовании феноменов.
Медиа. Содержат информацию об отражении феноменов в индустрии развлечений: фильмах, мультфильмах, играх и т.п.
Известные заблуждения. Разоблачения известных необъясненных фактов, собранные в том числе из сторонних источников.

Тип статьи:

Информационные

Особенности восприятия человека. Обоняние

В повседневной жизни мы все время ощущаем запахи. Они могут быть приятные или неприятные, эти ощущения могут доставлять нам беспокойство, а могут даже спасти жизнь. Восприятие запахов играет важную роль у наземных живых существ (охота, поиск пары, защита и т.п.). Это в большей степени актуально для животных, но необходимо и человеку. Так же, помимо обычных реакций, иногда, когда мы ощущаем знакомый запах, в нашей памяти могут возникнуть определенные воспоминания, связанные с ним.

В этой статье мы попробуем разобраться в причинах возникновения этих ощущений.

Запахом называется специфическое ощущение присутствия в воздухе летучих ароматных веществ, обнаруживаемых химическими рецепторами обоняния, расположенными в носовой полости животных и людей. Это ощущение определяется суммарным эффектом от раздражения обонятельных рецепторов, рецепторов тройничного нерва и рецепторов вомероназального органа; кроме того, возможно, что в ощущение запаха вовлечено восприятие аэрозольной компоненты атмосферы.

Таким образом, восприятие запаха – это восприятие мельчайших частиц вещества, органического и неорганического происхождения, специфическими рецепторами.
Ниже мы рассмотрим физиологию восприятия запаха.

Физиология обоняния

Когда человек делает вдох, воздух течет через носовую полость к легким. Однако при выдохе носовые дыхательные пути частично перекрываются тремя костными выростами, называемыми носовыми раковинами. При прохождении через них воздух перемешивается и откладывает пахнущие молекулы на влажную слизистую оболочку. В результате при обычном дыхании мы сильнее чувствуем запах на выдохе, чем на вдохе.

При вдохе через нос воздух вместе с молекулами пахучего вещества (называемого обонятельным стимулом или одорантом) проходит в каждой из двух носовых полостей по щелевидному каналу сложной конфигурации, который образован продольной носовой перегородкой и тремя носовыми раковинами. Здесь воздух очищается от пыли, увлажняется и нагревается.

Анатомия носа и носоглотки. 1 – соустье слуховой трубы; 2 – глоточная миндалина; 3 – основная пазуха; 4 – соустье основной пазухи; 5 – ситообразная пластинка решетчатой кости; 6 – лобная пазуха; 7 – верхняя носовая раковина; 8 – средняя носовая раковина; 9 – нижняя носовая раковина; 10 – пристенок носа; 11 – твердое небо.

Затем часть воздуха поступает в расположенную в верхней задней зоне канала обонятельную область, имеющую вид щели, покрытой обонятельным эпителием. Эпителий покрыт слоем обонятельной слизи и содержит три типа первичных клеток: обонятельные рецепторы, опорные и базальные клетки. Влекомые воздухом пахучие молекулы проникают в носовую полость и переносятся над поверхностью эпителия. Обонятельный эпителий имеет толщину приблизительно 150-300 мкм. Он покрыт слоем слизи (10-50 мкм), который молекулам одоранта предстоит преодолеть, прежде чем они провзаимодействуют со специальными сенсорными нейронами - обонятельными рецепторами. Физиологические функции слоя слизи полностью до сих пор не выяснены. Не вызывает сомнения, что она создает гидрофильную оболочку для чувствительных и хрупких обонятельных рецепторов, выполняя защитную функцию. Ведь систему восприятия сигнала нужно защитить от воздействия внешней среды, то есть от молекул одорантов, среди которых могут быть достаточно опасные и химически активные вещества.

Реснички-цилии направлены наклонно к внешней поверхности слоя слизи. Они образуют своего рода сетку с нерегулярными ячейками, причем эта сетка размещена у поверхности раздела подслоев так, что основная часть поверхности ресничек (около 85%) оказывается расположен ной вблизи границы раздела.

Для того чтобы обонятельный сигнал был воспринят нейроном, молекула одоранта связывается со специальной белковой структурой, расположенной в нейрональной клеточной мембране. Такая структура называется рецепторным белком.

Одна из моделей процесса преобразования сигнала внутри реснички обонятельного нейрона

Обонятельная система использует комбинаторную схему для идентификации одорантов и кодирования сигнала. Согласно ей один тип обонятельных рецепторов активируется множеством одорантов и один одорант активирует множество типов рецепторов. Различные одоранты кодируются различными комбинациями обонятельных рецепторов, причем увеличение концентрации стимула приводит к возрастанию числа активируемых рецепторов и к усложнению его рецепторного кода. В этой схеме каждый рецептор выступает в качестве одного из компонентов комбинаторного рецепторного кода для многих одорантов и выполняет роль буквы своеобразного алфавита, из совокупности которых составляются соответствующие слова-запахи.

Минимальные структурные отличия молекул одорантов, например, по функциональной группе, по длине углеродной цепи, по пространственной структуре приводят к различному рецепторному коду. Для отличительного признака молекулы одоранта, способного изменить кодировку запаха, был предложен термин «одотоп» (odotope), или детерминант запаха. Различные обонятельные рецепторы, которые распознают один и тот же одорант, могут идентифицировать различные его признаки-одотопы. Одиночный обонятельный рецептор способен различать молекулы, отличающиеся длиной углеродной цепочки всего лишь на один атом углерода, или молекулы, имеющие одинаковую длину углеродной цепочки, но отличающиеся функциональной группой.

Активация рецепторного белка молекулой одоранта в конечном счете приводит к генерированию электрического тока в обонятельном рецепторном нейроне. Ток распространяется по дендриту нейрона в его соматическую часть, где возбуждает выходной электрический импульс. Этот импульс передается по нейрональному аксону в обонятельную луковицу, служащую первым центром обработки обонятельной информации в головном мозге.

Пути передачи информации о запахах в головной мозг

Обонятельная луковица - это большая многослойная нейросеть для пространственно-временнoй обработки отображения запаха в гломерулах. В зависимости от содержания передаваемого сигнала гломерулы активируются различным образом. Совокупность активированных гломерул называется картой запаха и представляет своего рода "слепок" запаха, то есть она показывает, из каких пахучих веществ состоит воспринимаемый обонятельный объект.

Свойства обонятельных зон коры головного мозга позволяют формировать ассоциативную память, которая устанавливает связь нового аромата с отпечатками воспринятых ранее обонятельных стимулов. Полагают, что процесс идентификации одоранта включает сравнение получающегося отображения с его описанием в семантической памяти. В случае совпадения отпечатка и памяти о запахе происходит какой-либо ответ (эмоциональный, двигательный) организма. Процесс этот осуществляется очень быстро, в течение секунды, и информация о совпадении после ответа сразу сбрасывается, поскольку мозг готовит себя к решению следующей задачи восприятия запаха.

Таким образом, можно выделить последовательные шаги в восприятии человеком запаха:

1. Периферический отдел обонятельного анализатора: молекулы пахучих веществ диффундируют в область носоглотки, и чтобы воздействовать на рецепторы, они должны адсорбироваться и раствориться на влажной поверхности обонятельного эпителия. Далее информация о раздражении рецепторов проходит через проводящие пути.
2. Проводящие пути обонятельного анализатора: Обонятельные клетки, снабженные рецепторным образованием на конце их периферического отростка, представляют собой первый нейрон проводящих путей обонятельного анализатора. Через отверстия решетчатой кости они проходят в полость черепа и проникают в обонятельную луковицу, то есть в передний, утолщенный конец обонятельного тракта. Здесь расположены тела второго нейрона. Аксоны второго нейрона образуют обонятельный тракт и направляются к телам третьего нейрона, расположенном в миндалевидном ядре, в переднем, изогнутом конце аммоновой извилины и в подмозолистой извилине. Аксоны третьего нейрона направляются к корковому отделу обонятельного анализатора.
3. Корковый отдел обонятельного анализатора, где осуществляются корковые рефлексы на обонятельные раздражения.

Стоит отметить, что чувствительность обонятельного анализатора значительно меняется под влиянием различных внешних и внутренних условий. Эти изменения либо распространяются на весь анализатор, либо ограничиваются отдельными участками его коркового отдела.

Психология восприятия запаха

Многие психологи утверждают, что человек воспринимает запахи двум способами - естественным (реальным), и мнимым, так как любой запах вызывает в сознании ассоциативные образы, связанные с прошлыми событиями.

В зависимости от концентрации, одно и то же вещество может оказывать разный эффект.
В общем случае, с ростом концентрации летучих ароматических веществ типично изменение индивидуального восприятия от нейтрального или приятного (аромат), через индифферентное при среднем уровне «нагрузки рецепторов» - к неприятному и отвратительному (вонь), при «сенсорной перегрузке».

Существуют такие эффекты при восприятии запахов, как адаптация и интерференция.

• Адаптация – это полная потеря ощущения запаха от вещества (в качестве примера можно привести сероводород: он легко обнаруживается в минимальных концентрациях, еще не опасных для здоровья, однако через короткое время сила ощущения резко падает - вплоть до того, что человек не в состоянии ощутить концентрации, превышающие ПДК в воздухе)
• Интерференция – наложение нескольких запахов, которое может существенно исказить общую оценку аромата.

При различных заболеваниях или в определенных эмоциональных состояниях у человека могут возникать обонятельные иллюзии и галлюцинации (например, человек начинает ощущать запах гари как цитрусовый аромат).

Явления иллюзорного восприятия запахов еще называется хеморецепторной анестезией (притуплением) или гиперстезией (обострением), они могут возникать в различное время, некоторые - периодически (в начале менструального цикла, после перенесенной черепно-мозговой травмы, тяжелого нервного потрясения).

Помимо иллюзий, могут появляться также обонятельные галлюцинации. Они, чаще всего, представляют собой мнимое восприятие неприятных запахов (человек ощущает, например, запах плесени, уксуса или гниения), реже – совсем не знакомый запах, еще реже – запах чего то приятного. В большинстве случаев такие эффекты возникают в результате различных патологических процессов.

Вывод

В этой статье была представлена краткая информация о физиологии и психологии восприятия запахов.

Общие принципы этого восприятия известны, однако детали еще недостаточно изучены и оставляют множество вопросов.

Отдельно можно отметить, что часто запах человеком ощущается, но не осознается.

Запахом можно пользоваться, чтобы пробудить некоторые воспоминания человека, даже те, которые в обычном состоянии вспоминаются с трудом.

Запахи играют важную роль в формировании картины мира, однако и здесь возникают ошибки, обусловленные особенностями физиологии и психологии.

Мы слышим запахи благодаря обонятельному эпителию в верхней части носа, глубоко внутри. На его поверхности расположено около 10 миллионов обонятельных нейронов. В их клеточной мембране содержится около 1000 различных рецепторов. При этом каждый нейрон имеет только один белок и отвечает за определенный запах. За данное исследование американские ученые Линда Бак и Ричард Аксель получили Нобелевскую премию. Такое количество рецепторов создает огромный диапазон воспринимаемых запахов. Каждый конкретный запах кодируется, чтобы мы без труда узнали его в следующий раз. За счет механизма присвоения индивидуальных кодов мы можем различать и запечатлевать около 10 тысяч запахов.

Какой путь преодолевает запах прежде, чем мы поймем, что именно слышим?

Представим, что перед нами букет пионов. Мы наклоняемся к нему, чтобы насладиться ароматом цветов. Здесь начинается самое интересное. На вдохе молекула запаха, называемая одорантом, попадает в наш нос.

1. Одорант растворяется в слизистой и активизируют обонятельные рецепторы.

2. Они распознают, что это запах пиона, и начинают передавать информацию об этом в виде электрического импульса.

3. Сигнал проходит через обонятельный нерв, представляющий собой систему аксонов, и попадает в обонятельный тракт. Далее импульс следует в обонятельный треугольник.

4. Из обонятельного треугольника электрический импульс стремится по трем направлениям: длинным путем над мозолистым телом (тогда появляются ассоциации), средним путем от ядер перегородки (происходит поиск источника запаха), и коротким — сразу в крючок (обеспечивает двигательную защитную реакцию на резкий запах).

5. Нервный импульс поступает в подкорковый слой, который связан с лобными долями мозга и некоторыми двигательными центрами, а также с лимбической системой.

6. После того как мы услышали аромат, мы начинаем его анализировать. «Раскодированный» запах классифицируется человеком как приятный или неприятный; узнаваемый или новый; интенсивный или едва уловимый.

Эти стадии классификации проходят последовательно. Если нам нравится запах пионов, мы слушаем дальше, узнаем и оцениваем его интенсивность.

Мы слышим запахи только тогда, когда вес пахучей молекулы находится в диапазоне 17 — 300 дальтон (атомная единица массы равная 1.66053892 * 10-27 кг). Например, мы не слышим запах кислорода (15,99903 дальтон), зато мы прекрасно распознаем его аллотропную модификацию — озон (48 дальтон). Именно им пахнет после грозы.

С обонянием и лимбической системой все не так-то просто! Мы приближаемся к ответу, который поставили еще в начале: почему запахи вызывают эмоции и воспоминания, пробуждают аппетит или настораживают.

Дело в том, что обонятельный тракт является частью лимбической системы наряду с другими из элементов, такими как: гиппокамп, отвечающий за формирование долговременной памяти; гипоталамус, который отвечает за голод, жажду, половое влечение, режимы сна и бодрствования; миндалевидное тело, управляющее страхом, агрессией и осторожным поведением. Поэтому обоняние тесно связано с памятью, эмоциями, половым влечением, голодом, агрессией, защитой, сном и бодрствованием. Например, неприятные запахи сигнализируют об опасности: запах гари предостерегает нас от пожара, а запах прокисшего молока предупреждает, что его лучше не пить. И наоборот: аромат булочек с корицей вызывает в нас аппетит, а запах любимого человека пламенеет в нас желанием.

Мы также выяснили, что лимбическая система отвечает не только за обоняние, но также за память и эмоции. Благодаря гиппокампу формируется ассоциативная память. Именно поэтому определенные запахи вызывают у нас конкретные эмоции и способны пробудить воспоминания. Для памяти ароматы становятся «ярлыками», которые прочно ассоциируются с важными для нас событиями. Часто это происходит неосознанно. Например, спустя много лет, вы услышали парфюм, который напомнил вам о первом поцелуе, потому что тогда на вашем возлюбленном был такой же. Мы не сомневаемся, что каждый найдет в своей жизни подобные примеры. Но как запоминать запахи осознанно? В этом нам поможет дворец памяти и некоторые другие техники запоминания.

Как дворец памяти поможет нам запоминать запахи?

Для начала мы разберемся, что такое дворец памяти. Это мнемотехника, иначе говоря, техника запоминания, впервые упомянутая великим оратором Цицероном. Он рассказывает историю поэта Симонида, который должен был прочесть поэму в честь одного богача, у которого он пировал. Когда поэт вышел на улицу, здание, где проходило празднество рухнуло, и все погибли. Лица умерших были настолько обезображены, что родственники не могли их опознать. Помог Симонид, который помнил, в каком порядке за столом сидели гости. Отсюда и берет начало дворец памяти как техника упорядоченного расположения фактов в хорошо знакомом месте.

Для того чтобы создать дворец памяти, нужно выбрать хорошо знакомое вам место. Это может быть ваша квартира, улица, по которой вы часто гуляете, или дорога от работы до дома. Важно, чтобы вы знали местность подробно и смогли ярко, живо представить ее в любой момент времени, пройтись по ней, оглядеться вокруг и увидеть детали.

После этого можно начать привязывать запахи, которые нам надо запомнить, к местам и вещам в выбранном месте. К примеру, в начальных нотах аромата у вас бергамот, апельсин и роза. Начальные ноты можно расположить у входной двери вашей комнаты. Бергамот созвучно со словом бегемот, а значит можно представить у двери бегемота оранжевого (апельсинового цвета) с розой в зубах. Чем абсурднее будут ваши образы, тем легче будет запомнить ароматы. Но есть одно уточнение: вы должны знать, как пахнет бергамот, апельсин, роза, иначе вы будете запоминать только составы духов, но не представлять их запах, что гораздо сложнее.

По аналогии с примером, вы можете расположить запахи в комнате, используя образы, созвучия, схожести форм. Не нагружайте предметы дворца памяти лишними запахами. Чем меньше привязанных запахов к той же двери, тем лучше. Пусть ассоциация наталкивает вас на дальнейший ход мысли. И чем чаще вы мысленно прогуливаетесь по дворцу памяти, тем лучше.

Таким образом вы можете запоминать составы множества духов и любую другую информацию. Но как же запоминать сами запахи?

1. Ассоциируйте запахи с людьми, которых вы хорошо знаете, с животными, явлениями природы. Благодаря образам вам будет легче вспомнить аромат. В этом деле лучше довериться интуиции и запоминать первую ассоциацию или образ, которые возникнут у вас в голове.

2. Классический прием парфюмера: ассоциация запаха с цветом. Можно разделить оттенки на теплые и холодные и подобрать запахи, которыми вы располагаете к этим оттенкам, исходя из собственных предпочтений.

3. Вы можете изобразить запах на бумаге. Дайте волю фантазии, пусть аромат примет ту форму, которую вы пожелаете!

4. Ассоциируйте запах с музыкой. Вдыхая аромат полыни, вы слышите одинокую свирель в поле, а при запахе сандалового дерева в голове вдруг заиграл ситар? Значит, вы идете в верном направлении.

5. Описывайте запах как можно подробнее. Заведите себе блокнот и пишите в него все, что вы чувствуете, услышав аромат. Любые мысли, образы. Воспоминания и переживания станут вам помощниками в запоминании запахов.

Комбинируйте техники и запоминайте комплексно. Для начала возьмите пять ароматов, например: иланг-иланг, пачули, ваниль, бергамот и сандал. Запомнив эти ароматы, можно добавлять новые. Не забывайте регулярно тренироваться и успех обязательно придет!

Кто бы мог подумать, что...

Многие гены обоняния наших предков выключились в процессе эволюции из-за отсутствия необходимости. Хороший нюх не давал особого преимущества в борьбе за существование, поэтому механизм естественного отбора не устранил особей со слабым обонянием.

Змеиный нос — это раздвоенный язык, который улавливает природу и направление запаха. Молекулы пахучего вещества попадают на органы обоняния во рту. Так что, если змея показывает вам язык, она не дразнится, скорее всего, она просто ищет добычу.

Мы заблуждались, думая, что акулы способны учуять каплю крови за несколько километров. Да, у них отличный нюх, но им не тягаться с угрем, который способен по одной молекуле одоранта понять, что это за запах.

Женщины лучше, чем мужчины, распознают и классифицируют ароматы. Возможно, так сложилось в процессе эволюции. Женщины более избирательно выбирали полового партнера, обращая внимание, в том числе, и на запах. Это обеспечивало более здоровое потомство.

В жару мы слышим запахи острее, чем в холодное время года. Поэтому зимние ароматы интенсивные, а летние — легкие.

Текст подготовил Михаил Поздняков

С. САМСОНОВ, кандидат биологических наук.

В познании фоторецепции – работы органов зрения за последнюю четверть века достигнуты существенные успехи. Механизмы обоняния, восприятия запахов изучены значительно меньше, хотя интерес к ним продолжает возрастать. Перспективные результаты, имеющие не только научную, но и практическую ценность, получены в лаборатории рецепции Института биологической физики АН СССР, которой руководит профессор Е.Е. Фесенко.

Орган обоняния поистине уникален. Он способен быстро распознавать огромное число самых различных веществ, хотя бы их было ничтожно мало – всего несколько сотен молекул в кубическом сантиметре окружающего нас пространства. Природный анализатор запахов неизмеримо превосходит соответствующие приборы, созданные людьми. Как писал академик П.Л. Капица, «физика располагает приборами во много раз чувствительнее наших органов чувств. Только... обоняние... у животных более совершенно...». И считал одной из важнейших проблем физики будущего – «догнать обоняние собаки».

Очевидно, чувство обоняния появилось у представителей животного царства раньше остальных. В глубинах теплых древнейших морей оно расширило возможности поисков пищи, особей другого пола и, конечно, помогало избежать опасности.

С тех пор миновала длинная череда миллионолетий, но свое непреходящее значение обоняние сохранило и сейчас. Конечно, люди в смысле восприятия запахов многое потеряли по сравнению со своими далекими предками и в ряду живых существ занимают в этом отношении скромное место. И все же современный человек способен уловить разницу между доброй сотней тысяч различных соединений и множеством их комбинаций. Можно сказать, что это даже слишком много, поскольку человеческий язык не в состоянии дать каждому из запахов достаточно полную качественную характеристику. Слишком беден словарный запас.

Исследователи постоянно стремятся найти у пахучих соединений общие черты, обусловливающие их восприятие. Например, имеет значение молекулярная масса вещества: она должна находиться в диапазоне 17...300 дальтон – только тогда они для нас пахнут. И тем сильнее, чем больше и сложнее молекула, но тоже до определенных пределов, поскольку при усложнении уменьшается летучесть вещества, а это свойство определяет распространение запаха.

Делались попытки найти зависимость между особенностями восприятия различных веществ и формой их молекулы. Американский ученый Дж. Эймур, анализируя несколько сотен органических соединений, пришел к выводу, что их можно сгруппировать вокруг семи основных запахов: камфорного, мускусного, мятного, эфирного, цветочного, острого, гнилостного. Каждая группа имеет внутреннее сходство в молекулярном строении, а на мембранах рецепторных клеток должны находиться стереоспецифические активные центры семи типов. Так появилась на свет стереохимическая теория, ставшая существенным шагом вперед на пути классификации запахов, хотя она и носила в значительной степени умозрительный характер. Последующие исследования показали, что дело обстоит сложнее, чем предполагал Дж. Эймур, и воздействие на клетки, воспринимающие запах (обонятельные рецепторы), определяется не только формой, но и другими параметрами молекулы.

Результаты многих исследований также окончательно подтвердили, что обонятельный анализатор животных способен обнаруживать чрезвычайно низкие концентрации пахучих веществ. Особенно он чувствителен у насекомых, улавливающих издалека присутствие полового феромона, даже если в кубическом сантиметре воздуха его не более 100 молекул. Но все-таки многие свойства рецепторной клетки продолжали оставаться неясными.

Одним из центральных вопросов, вставших перед исследователями, была необходимость найти тот элемент клетки, с помощью которого она воспринимает запахи.

Предварительно стоит коротко рассказать об общей организации обонятельной системы у позвоночных. Рецепторные клетки обонятельного эпителия играют роль первичного механизма, улавливающего запахи извне. Они, по существу, являются нервными клетками, и от каждой из них отходит очень тонкий (диаметром около 0,2 микрометра) отросток – аксон, который оканчивается на поверхности одного из периферических отделов головного мозга – обонятельной луковицы. Здесь происходит первичная обработка полученной пахучей информации. Далее она передается по нервным волокнам обонятельного тракта в соответствующие участки головного мозга.

Обычно обонятельные клетки имеют веретенообразную форму и наделены периферическим и центральным отростками. Первый заканчивается обонятельной булавой, усаженной тончайшими волосками (антеннами), имеющими довольно сложное строение. Антенны содержат набор трубчатых фибрилл, напоминая в этом отношении жгутики или реснички, широко распространенные в мире простейших. Они находятся в постоянном движении, напоминая при разглядывании в микроскоп колосящуюся ниву.

Центральный отросток – аксон представляет собой не что иное, как ответвление обонятельного нерва. Аксоны разных клеток объединены в группы по 20...100 волокон и в составе обонятельного нерва идут к уже упомянутой обонятельной луковице.

Анализаторы различных животных могут существенно отличаться друг от друга. Разница заключается не только в плотности размещения рецепторных клеток, но и в их общем количестве. Для примера сравним собаку и человека. Разница в восприятии запахов у них громадна, хотя на квадратный сантиметр обонятельного эпителия приходится примерно одинаковое число рецепторных клеток. Зато их общее количество у собаки в 20...25 раз больше, чем у человека, и составляет около 200 миллионов. Поскольку каждая рецепторная клетка имеет свой аксон, обонятельный нерв собаки представляет собой «кабель», содержащий 200 миллионов «жил»!

Строение участка эпителия – приемника запахов

Кроме обонятельных, в составе эпителия имеются опорные клетки. Они образуют каркас эпителия, поддерживающий его структуру. Это, однако, не единственная их функция. Ряд исследователей полагают, что они не только поддерживают рецепторные клетки, но и помогают им в обмене веществ.

Есть еще третий тип клеток – базальные, находящиеся в глубине эпителия. Они образуют клеточный резерв, из которого при необходимости формируются рецепторные и опорные клетки. Поверхность эпителия, выстилающего обонятельную полость, покрыта слизью, что характерно для всех позвоночных. Слизь защищает эпителий от высыхания у наземных животных и от излишнего смачивания – у водных. Кроме того, она является источником ионов, необходимых для генерации электрического ответа клетки (то есть сигнала в мозг о появлении запаха), и участвует, возможно, в удалении остатков пахучих веществ с поверхности обонятельного эпителия по окончании их действия. В сущности, она является средой, где возникает и заканчивается взаимодействие пахучих веществ с обонятельными клетками.

Теперь вернемся к исследованию природы рецепторного элемента. Основой для постановки экспериментов послужила давно известная способность белков обеспечивать высокую специфичность и избирательность биологических реакций, в которые они вовлечены. Образно говоря, к каждому белку можно подобрать определенный «ключ», он будет единственным, и по нему можно узнавать, с каким «замком» имеешь дело. Ученые предполагали, что и обонятельные клетки не обходятся без белковых структур, взаимодействующих с пахучими веществами, но это надо было проверить.

Чтобы найти эти структуры, ученые решили ввести в клетку радиоактивное пахучее вещество, а затем, разделяя клеточные компоненты и измеряя радиоактивность каждого из них, найти тот, что взаимодействует с пахучей радиоактивной меткой. Это и будет кандидат в рецепторы пахучих веществ.

Для этих экспериментов необходимо было пахучее вещество с высокой удельной радиоактивностью. Выбор пал на камфору, которая часто используется в электрофизиологических экспериментах и обладает одним из 7 основных запахов по классификации Дж. Эймура. Здесь на помощь биологам пришли радиохимики из Института молекулярной генетики АН СССР, которые специально для этих опытов синтезировали радиоактивную камфору с нужными свойствами.

Опыты ставились следующим образом. На первом этапе с помощью соскоба получали препараты обонятельного эпителия лягушки и крысы с частичками мембран рецепторных клеток. В препарат вводили радиоактивную камфору и затем выделяли фракцию, содержащую радиоактивную метку. Для контроля то же самое проделывали с препаратами, приготовленными из других органов животного.

Как и следовало ожидать, компонент, способный эффективно связывать камфору при очень низких концентрациях последней, был обнаружен только в препарате обонятельного эпителия. В тканях языка, легких, печени его не оказалось. Удалось определить и молекулярную массу рецептора, составившую около 140 000 дальтон. В специальных экспериментах была установлена белковая природа рецептора. Исследователи показали, что молекула рецептора состоит из 2-х субъединиц с молекулярной массой 88 000 и 55 000 дальтон, причем центр связывания камфоры находится на большой субъединице. Как и предполагали, рецептор пахучих веществ оказался мембранным белком, практически не растворимым в воде.

Но полученные результаты не удовлетворили исследователей. Дело в том, что сама по себе способность связывать пахучее вещество еще не доказательство рецепторной природы того или иного компонента клетки. Она может оказаться случайной или играющей иную роль, не связанную с узнаванием пахучего вещества. В принципе в обонятельном эпителии могут быть несколько компонентов, способных связывать пахучие вещества, и только один из них может оказаться рецептором. Необходимо было еще раз проверить, но уже иными методами, что обнаруженные белки действительно служат рецепторами запахов.

Здесь исследователи пошли иммунохимическим путем. Если взять проверяемые белки, скажем, у крысы и ввести кролику, то там они сыграют роль «чужака»-антигена и, стало быть, вызовут образование антител к этим белкам. Если затем ввести антитела в препарат обонятельной ткани, то они, найдя там «свои» белки (кандидаты в рецепторы), помешают им связаться с радиоактивной камфорой. В этом случае электрического сигнала о получении запаха не будет. А если будет, то, значит, этот белок не рецептор.

Выполнив чрезвычайно трудоемкую операцию по извлечению нужных белков из крыс, исследователи иммунизировали ими кролика и получили в конечном итоге антитела к рецептору. Затем в специальных экспериментах было показано, что антитела эффективно блокируют связывание камфоры с рецептором. Остался последний, решающий шаг – показать, что антитела блокируют также электрический ответ клетки на пахучие вещества. Электрофизиологический эксперимент показал, что это действительно так. Сомнений в том, что выделенный белок относится к классу рецепторных, практически не осталось.

Иммунохимический подход позволил исследователям попутно решить еще две важные задачи. Во-первых, было определено место расположения рецепторов запаха в обонятельном эпителии. Как и предполагали, они локализованы в его поверхностном слое. Во-вторых, с помощью антител удалось резко упростить и ускорить процедуру выделения рецептора. Вместо прежних многосуточных процедур рецептор теперь можно выделить в течение 2...3 часов: для этого достаточно один раз пропустить препарат обонятельного эпителия через колонку с антителами. При этом через колонку проходят все компоненты препарата, кроме рецептора, который задерживает антитела. После удаления всех остальных компонентов рецептор вымывается из колонки специальным раствором, в котором ослабляется взаимодействие антитела и рецептора.

Сравнив свойства камфорных рецепторов из обонятельной ткани лягушки и крысы, исследователи обнаружили, что они очень похожи по своим свойствам. А как обстоит дело с рецепторами на другие пахучие вещества? Быть может, все они очень похожи друг на друга и составляют семейство обонятельных рецепторных белков, подобно зрительным пигментам различных животных? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо было синтезировать хотя бы несколько радиоактивных пахучих веществ, относящихся к разным классам запахов. К сожалению, синтез каждой такой метки представляет сложную и очень трудоемкую задачу, поэтому исследователи были вынуждены пойти по другому пути. Они сменили объект и стали использовать в опытах препараты обонятельного эпителия рыб, для которых химическими стимулами служат аминокислоты, а их радиоактивные аналоги легкодоступны.

Надо сказать, что рыбы обладают хорошо развитой обонятельной системой и способны реагировать на весьма низкие концентрации пахучих веществ. Некоторые аминокислоты и их смеси имеют сигнальное значение для рыб. Так, угорь находит моллюска, которого использует в пищу, по выделенному им в воду комплексу из 7 аминокислот. С давних пор известно, что лососи стараются обойти то место в реке, где медведь ловит рыбу. Было выяснено, что сигнал тревоги имеет химическую природу и вымывается из кожи медведя. Его назвали «фактором звериной шкуры». Оказалось, что главным компонентом этого фактора является аминокислота L-серин. Ее добавление в речную воду само по себе вызывает реакцию тревоги у лососей. В последнее время удалось экспериментально доказать возможность привлечения с помощью химических сигналов некоторых морских рыб.

Все это делает рыб весьма привлекательным объектом с точки зрения изучения механизмов восприятия запахов. В опытах сотрудников лаборатории, которые были проведены на базе Карадагской биостанции, использовались черноморские скаты-хвостоколы, обладающие хорошо развитым и легкодоступным обонятельным анализатором. В качестве стимулов применялись уже упомянутые L-серин и другие аминокислоты. Во всех случаях были обнаружены мембранные белки, способные эффективно связывать аминокислоты. Их характеристики, в частности молекулярный вес и субъединичное строение, оказались практически такими же, как у камфорного рецептора лягушки и крысы. Сегодня у исследователей нет сомнений, что они имеют дело с новым семейством рецепторных белков, уникальными свойствами которых в значительной степени объясняются рекордные чувствительность и избирательность обонятельного анализатора.

Последующие эксперименты показали, что, кроме белкового рецептора, в обонятельном эпителии животных присутствует другой высокомолекулярный компонент, также способный связывать пахучие вещества. В отличие от мембранного белка он растворяется в воде, и, по крайней мере, часть его находится в слизи, покрывающей обонятельный эпителий. Установлено, что он имеет нуклеопротеидную природу, его молекулярная масса составляет около 150 000 дальтон. Его концентрация в эпителии в несколько тысяч раз выше, чем мембранного рецептора, а специфичность по отношению к пахучим веществам значительно меньше. Принимает ли нуклеопротеид участие в восприятии пахучих веществ? Если да, то какова его роль в этом процессе? Исследователи полагают, что он входит в состав неспецифической системы, обеспечивающей очистку обонятельного эпителия от различных пахучих веществ по окончании их действия, что необходимо для приема других запахов. Иными словами, предполагается, что нуклеопротеид, попадая в слизь, способен усиливать ток слизи и тем увеличивать эффективность очистки обонятельного эпителия. Не исключено также, что нуклеопротеид, находясь в слизи, способствует растворению пахучих веществ в ней и, возможно, выполняет транспортные функции.

Молекула пахучего вещества, доставленная гранулой-адсорбентом к мембране клетки, взаимодействует с распознающим участком рецептора, который специальным белком G активирует аденилатцинлазу (АЦ) или какой-нибудь другой фермент. Синтезированные при этом внутриклеточные медиаторы (АТФ → цАМФ) активизируют ионные каналы, что приводит к возбуждению электрического сигнала в мозг о появлении запаха.

Исследователи располагают данными, указывающими на то, что нуклеопротеид синтезируется в опорных клетках и входит в состав пигментных гранул, которые выбрасываются из опорных клеток в слизь в ответ на стимуляцию обонятельного эпителия пахучими веществами. Может быть, это одна из основных функций опорных клеток при восприятии пахучих веществ?

Итак, результаты исследований говорят о том, что в процессе восприятия пахучих веществ участвуют две системы рецепторных элементов. Одна из них – система мембранных рецепторов – обеспечивает физиологический ответ клетки, характеризующийся высокой чувствительностью и избирательностью, вторая же – нуклеопротеидной природы – обеспечивает очистку обонятельного эпителия от пахучих веществ после приема сигнала.

Над чем сейчас работают ученые? Одна из задач – дальнейшее исследование свойств рецепторов и в частности определение функциональной роли малой (с молекулярной массой 55 000 дальтон) его субъединицы в реакции клетки на пахучее вещество. Но главное, пожалуй, сегодня не это. Необходимо понять, каким образом взаимодействие рецептора, с пахучим веществом вызывает генерацию электрического ответа клетки. По косвенным данным можно судить, что обонятельная клетка способна реагировать на одну (!) молекулу пахучего вещества – это предел физической чувствительности. Но в этом случае она должна обладать эффективной системой усиления слабых сигналов и чрезвычайно низким уровнем собственного шума. Расшифровать эти механизмы – значит сделать принципиальный шаг в познании общих принципов, лежащих в основе возбуждения клетки. И в этом направлении имеются уже первые успехи.

Познание тончайших механизмов восприятия разнообразнейших запахов, несомненно, имеет далеко идущие перспективы. Об этом свидетельствует то, что новые данные, полученные в лаборатории рецепции, быстро нашли выход в практику. Они послужили основой для разработки способа разделения тутового шелкопряда по полу. На первый взгляд проблема кажется не особенно важной, но такое впечатление ошибочно. С древнейших времен шелководство связано с сортировкой шелкопряда по половому признаку. До последнего времени операция производится вручную, что отнимает массу времени и сил.

Сотрудники лаборатории совместно со специалистами Среднеазиатского НИИ шелководства предложили оригинальный способ, который базируется на применении синтетического полового феромона. Этот способ дает научную основу для коренной модернизации производства грены (яичек шелкопряда) с помощью автоматизации ряда трудоемких операций. Его использование в промышленных масштабах сулит немалую экономию.

Наука и жизнь. 1988. №4.