Обоняние - [30]

Психофизический метод

Долгий квест по дешифровке ольфакторного кода и определению базовых элементов химического языка, которые способен распознать наш нос, начинался в свое время с очень простых наблюдений и довольно грубых корреляций. На протяжении нескольких десятилетий ученые синтезировали тысячи молекул с одной-единственной целью: изучить их ароматические характеристики. Структура уже известных одорантов тоже не осталась неизменной: ее активно меняли и модифицировали, чтобы посмотреть, как это отразится на запахе.

Все эти исследования, разумеется, не смогли дать исчерпывающую расшифровку языка запахов – он до сих пор во многом остается тайной за семью печатями, – но зато породили множество очень интересных веществ, обладающих искомыми запахами, но при этом более безопасных, стабильных, простых и дешевых в производстве, чем их натуральные прототипы. Плюс к этому объединенные усилия целых поколений химиков привели к формированию обширнейшей базы данных, заложивших со временем основу для биохимического и молекулярно-биологического изучения обоняния.

Психофизический метод, которым пользовались с самого начала, был довольно примитивен. Ученые старались построить систему корреляций между молекулярной структурой и запахом, минуя все биохимические реакции и физиологические процессы, переводящие химическую информацию, закодированную в молекулах одорантов, в воспринимаемые человеком ольфакторные ощущения.

Обонятельная система человека – вся, от носа до мозга – похожа на плотно закрытый и не открывающийся черный ящик, у которого есть только входной и выходной слоты. До возникновения молекулярной биологии он так и оставался закрытым, и это вело к появлению самых разных теорий: если в одних еще имелось какое-то научное зерно, то другие были целиком и полностью плодом воображения. Ученые мужи в основном обсуждали эти умозрительные гипотезы, а не экспериментальные данные; казалось, все отчаянно боятся открыть этот ящик Пандоры: вдруг там обнаружится труп или будет снято какое-то магическое заклинание, хранящее человеческий род от беды?

Я достаточно давно вращаюсь в научных кругах и имел возможность наблюдать развитие этого научного поля, так сказать, от самых истоков. Каждый, пусть даже малейший намек на то, что находится внутри черного ящика, вызывал у нас взрыв энтузиазма. Где-то к началу 70-х годов XX века биохимия уже была устоявшейся наукой: она успела открыть и идентифицировать рецепторы для нейтротрансмиттеров и гормонов. Однако ее экспериментальные методы еще оставались довольно грубыми и требовали относительно больших объемов биологического материала. Молекулярная биология тогда только зарождалась, а об эпохе геномов даже никто и не мечтал.

Поэтому, вместо того чтобы сразу обратиться к сути проблемы и заняться изучением белков, распознающих запахи (в те времена применение биохимических методов к обонянию выглядело делом трудным и рискованным), ученые – по большей части химики-органики – исследовали механизмы ольфакторного кодирования, вообще не открывая черный ящик. Они просто допрашивали систему, стараясь задавать правильные вопросы.

Вопросы задавались в виде летучих молекул, которые отправлялись в нос с разными посланиями. Далее респонденты – владельцы носов – давали на них ответы, пользуясь вербальными описаниями, то есть делились своим обонятельным опытом с помощью обыденных слов и выражений. Сравнивая описания со структурными элементами одорантов, ученые постепенно собирали информацию о типах кодов, опираясь на которые нос считывает химическую информацию.

Мы с вами сейчас можем пройти по их следам, но уже в свете того, что узнали гораздо позднее через молекулярную биологию. Именно она снабдила нас наконец правильными инструментами, чтобы открыть черный ящик и своими глазами увидеть, что творится внутри.

Расшифровка ольфакторных сообщений

Ключевой этап ольфакторного восприятия – это расшифровка химической информации, принесенной молекулами пахучих веществ, и перевод ее в электрические сигналы, которые далее отправляются прямиком в мозг. Сейчас мы уже знаем, что за этот перевод отвечают периферийные ольфакторные нейроны, и в особенности белки-рецепторы, сидящие на мембранах ресничек.

Это и стало ключом к пониманию устройства нашего обоняния.

В начале 60-х годов Джон Эймур сравнил сотни молекулярных структур и попытался установить корреляцию между ними и запахами, которые издают соответствующие вещества [3]. Он пришел к выводу, что из всех молекулярных характеристик с ольфакторными свойствами лучше всего коррелируют форма и размер молекул, то есть их структурные параметры.

Это стало настоящей вехой в изучении обоняния. С тех пор химики, занимающиеся запахами, сосредоточились в первую очередь на структурах. До всех наконец дошло, что искать надо прежде всего соответствия между тем, как вещество устроено и как оно пахнет. Это позволило отточить методики синтеза новых молекул с заранее заданными запахами и вообще лучше понять, куда двигаться дальше.

Поначалу ученые пробовали применить к науке об обонянии техники, давно придуманные и апробированные для создания новых лекарств, – это получило название «фармакологический подход».