На пути к бионике - [48]

У "искусственного носа" Монкрифа имеется ряд сходных черт с обонятельным анализатором человека: он немедленно реагирует на пахучее вещество, реакция исчезает с удалением запаха, для работы прибора необходимо движение воздуха над воспринимающей поверхностью, устройство "устает" и должно отдыхать перед последующими опытами, модель быстрее адаптируется к сильным запахам, чем к слабым, модель показывает ограничение реакции на сильные запахи, когда дальнейшее увеличение стимула не дает ответа. Небезынтересно, что кривые, полученные с помощью прибора Монкрифа, имеют большое сходство с кривыми электрической активности обонятельного эпителия лягушки.

Таким образом, Монкриф доказал созданным им прибором, что использование адсорбента в непосредственном контакте с термометрическим устройством любого вида может служить моделью обонятельного эпителия. Сходство модели с оригиналом еще больше увеличивается, если используемое термометрическое устройство преобразует тепловые изменения в электрические. И все же, как ни значительны первые успехи в создании бионических систем обоняния, позволяющих объективно оценивать качество и интенсивность запахов, приборы Дрэвникса, Монкрифа и других пока еще являются довольно грубыми моделями хеморецепции живых существ.

Рис. 12. Усик пчелы, увеличенный примерно в 20 раз, и один из его 12 подвижно соединенных члеников при более сильном увеличении. Светлые пятна - затянутые пленкой поры в хитиновом покрове (органы обоняния); между ними - многочисленные осязательные волоски (по К. Фришу)

Что же мешает ученым, бионикам, инженерам абсолютно точно воспроизвести в металле, электронных схемах обонятельные органы человека и животных? Трудностей здесь очень много. Возьмем к примеру обонятельные рецепторы насекомых. Органы химического чувства этих существ, воспринимающие запахи и вкусовые раздражения, - это расположенные около рта усики (антенны) и щупики, густо усеянные микроскопически малыми волосками величиной в тысячные или сотые доли миллиметра. У одной только падальиой мухи на усиках насчитывается более 3500 хеморецепторов, у оводов - более 6000, у рабочей пчелы - около 12 000. Если учесть размеры антеннки-усика, на которой расположены и рецепторные клетки и нервные сети для проведения и обработки запаховой информации, то легко представить себе те трудности, которые испытывает бионик, пытающийся разобраться в устройстве обонятельного аппарата насекомых и смоделировать его.

Главная же трудность заключается в том, что для ученых до сих пор остается много неясного в химии и физике запахов. Да, да, как это ни парадоксально, но природа запахов по сей день по-настоящему не изучена. Люди по-разному воспринимают запах одного и того же вещества. Никто толком не может объяснить, почему одни вещества обладают сильнейшим эапахом, а другие не пахнут вовсе, почему одни запахи приятны, а другие отвратительны. Единой точки зрения на сей, счет нет. Даже нет меры, которой можно было бы измерять силу запаха так, как мы измеряем силу звука, освещенность или температуру.

В разное время было выдвинуто более 30 предположений, объясняющих возникновение запаха и механизм обоняния. Все они в основном сводятся к трем гипотезам.

Химическая гипотеза предполагает, что качество запаха и его интенсивность зависят от химического состава вещества. Известно, что отдельные молекулы тех или иных веществ каким-то образом действуют на нервные окончания, находящиеся на поверхности слизистой оболочки, называемой обонятельным эпителием. В состоянии покоя оболочка, покрывающая нервное волокно, снаружи заряжена положительно, изнутри - отрицательно. Возбудить нерв - значит на время снять разность потенциалов. Деполяризация вызывается молекулой пахучего вещества. Длится она очень малый отрезок времени и, быстро распространяясь по нервному волокну, вызывает определенную реакцию центральной нервной системы - и человек ощущает запах.

Физическая, или так называемая колебательная, гипотеза связывает способность вещества издавать запах с вибрационными свойствами его молекул и со спектром их излучений на волнах определенной длины, то есть механизм ощущения запаха сходен с механизмом зрения: кванты инфракрасного излучения воздействуют на молекулы обонятельного пигмента, вызывая их перестройку, что влечет появление нервного сигнала.

Третья гипотеза - физико-химическая - берет свое начало со времен римского поэта и философа Тита Лукреция Кара. Ученый полагал, что в носовой области есть маленькие поры, различные по размерам и форме, в которые входят пахучие частички, испускаемые летучими веществами. Частички каждого пахучего вещества имеют присущую только им определенную форму и размеры, а распознавание каждого запаха зависит от того, к каким порам носовой области подходят эти частички. Разные поры- разные запахи.

Это интересное объяснение механизма обоняния, данное Лукрецием Каром, до середины XX века оставалось экспериментально не проверенным. Не было стереохимии - науки, изучающей пространственное строение молекул (она сформировалась в конце прошлого столетия), не было спектроскопических методов (они получили развитие во второй четверти XX века), с помощью которых можно определить размеры атомов и межатомные расстояния. И вот известный уже нам шотландский ученый Р. Монкриф в 1949 году выдвинул стереохимическую гипотезу, очень напоминающую догадку римского поэта.