На пути к бионике - [49]

Монкриф предположил, что обонятельная система содержит рецепторные клетки нескольких различных типов, каждый из которых соответствует определенному "первичному" запаху, и что молекулы пахучего вещества вызывают ощущение запаха, плотно входя в рецепторные участки - "лунки" этих клеток. Иными словами, молекулы пахучего вещества действуют на обонятельный эпителий не химически и не вибрационными свойствами, а просто своей формой и размерами. Здесь имеет место механическое взаимодействие молекул с рецепторными клетками. Молекула соответствующей конфигурации входит в углубление рецептора ("лунку") примерно так же, как штепсельная вилка в розетку, возникает нервный импульс. Допускается также, что некоторые молекулы могут входить в две разные розетки - одной стороной в более широкий рецептор, а другой - в более узкий. В таком случае возникает ощущение сложного запаха.

В 1952 году эта гипотеза была доказана экспериментально американским химиком-органиком Д. Эймуром (Калифорнийский университет в Беркли). Изучив запахи 600 органических соединений, он установил, что более ста имеют запах камфары. Помимо этого запаха, были выделены: эфирный, мускусный, цветочный, мятный, острый и гнилостный. Смешивая эти семь запахов в разных комбинациях и пропорциях, ученый получал любой из известных запахов (в этом смысле основные типы запахов можно сравнить с тремя основными цветами - красным, зеленым, синим и четырьмя категориями вкуса - сладким, соленым, горьким, кислым). Д. Эймуру удалось установить, что запах вещества определяется не столько его химической природой, сколько величиной и конфигурацией молекулы, а иногда и ее зарядом. Мускусный запах свойствен молекулам в форме диска, молекулы с камфарным запахом имеют форму шара и т. п. Был поставлен такой эксперимент. Д. Эймур спроектировал молекулу неизвестного дотоле вещества и предсказал, как оно будет пахнуть. Химики по его просьбе синтезировали вещество с такими молекулами, а опытные дегустаторы установили, что его запах именно таков, каким он должен быть по прогнозу Эймура. Последующие исследования показали также, что, кроме формы и размера молекул, запах зависит и от наличия в них особых функциональных групп, способствующих установлению контакта молекулы с "рецептивными участками" обонятельного эпителия. Таким образом, наши органы обоняния работают, по-видимому, по принципу "ключа и замка".

Рис. 13. Модели молекул веществ, создающих первичные запахи, и соответствующие им рецептивные участки

И все же приходится признать, что все три изложенные гипотезы при всей своей кажущейся на первый взгляд стройности имеют весьма существенные пробелы. Так, например, химическая гипотеза не может объяснить, почему химически очень близкие вещества имеют различный запах. Вероятно, правы те ученые, которые утверждают, что прямой связи между химическим составом и пахучими свойствами не существует. Много белых пятен в колебательной гипотезе. Неясно, например, почему одинаково пахнут вещества, поглощающие излучение разной частоты, а у других веществ спектры поглощения абсолютно одинаковы, а запахи совсем разные. И еще. Сегодня физики могут создать инфракрасные волны любой длины, однако все попытки найти "пахучую" электромагнитную волну пока не увенчались успехом. Что касается стереохимической гипотезы, которая среди всех существующих теорий обоняния в наши дни считается наиболее состоятельной, то и у нее имеются слабые места. Исходя всего из семи основных запахов, трудно объяснить высокую информационную емкость обонятельного аппарата (громадное число различаемых запахов). Трудно также объяснить, почему число митральных клеток и, по-видимому, число типов приемников не совпадает с числом простых запахов.

Итак, строгой физической теории запахов пока еще нет. Одно из древнейших и важнейших чувств - чувство обоняния по-прежнему остается полным загадок. Чтобы установить истинную природу запахов и механизм их восприятия и на основе добытых знаний решить проблему автоматизации процессов восприятия и обработки запаховой информации в самых различных сферах человеческой деятельности, ученым, вероятно, понадобится еще не один год. И вот недавно наметился новый подход к решению этой сложнейшей проблемы. Речь идет о "биологизации" создаваемых инженерами обонятельных анализаторов, о построении "полуживых" систем. Один из инициаторов этого начинания - американский ученый Роберт Кей.

Он поставил задачу создать простой по устройству прибор, способный по запаху быстро обнаруживать присутствие ядовитых газов в воздухе и поднимать тревогу, когда их концентрация достигнет опасного для человека уровня. Такой прибор должен работать непрерывно и надежно в шахтах, рудниках, на подводных лодках и в кабинах космических кораблей, где опасность отравления воздуха постоянно существует. В качестве чувствительного элемента - датчика запаха ядовитых газов, Кей использовал в спроектированном им устройстве... живую муху. Обонятельный орган этого насекомого - антенна - представляет собой полость, в которой находятся нервные окончания, объединенные в антенный нерв. К нервным узлам, заменяющим мухе мозг, ученый присоединил микроэлектроды, которые передавали ее биотоки на обработку. Сначала их подавали на усилитель, а затем - в анализатор, где "обонятельные" биотоки отделялись от всех других. Почуяв ядовитый газ, муха начинала "генерировать" импульсы характерной формы, и анализатор немедленно включал сигнал тревоги.