Обоняние - [76]
Возникает естественный вопрос: как можно представить себе эту сложную сеть контактов, о которой мы недавно говорили? Ответ – благодаря современным техникам молекулярной биологии, позволившим нам добавлять, удалять, изменять и соединять гены, получая в итоге трансгенные организмы с новыми характеристиками. Даже сегодня эти техники далеко не столь просты и прямолинейны, как нам бы хотелось, что уж говорить о 1990-х, когда Питер Момбертс, работавший в то время с Ричардом Акселем, сумел впервые выделить ген, кодирующий фермент, и связать этот ген с одним из 800 мышиных ольфакторных рецепторов.
Ему удалось получить трансгенную мышь, у которой всякое появление определенного ольфакторного рецептора сопровождалось и выделением фермента [13]. Чтобы увидеть фермент, а вместе с ним и его специфический рецептор, достаточно было добавить к сегменту ольфакторного эпителия химическое вещество, окисляемое этим ферментом, – оно становилось синим и оттого видимым. В результате на поверхности ольфакторного эпителия появлялись очень тонкие синие линии, которые затем устремлялись к мозгу, проходили сквозь решетчатую кость и сливались в точку на обонятельной луковице (см. рис. 29). Еще более впечатляющая картина получилась, когда удалось присоединить ген флуоресцентного белка (ЗФБ: зеленого флуоресцентного белка) к гену, кодирующему ольфакторный рецептор. Сеть связей теперь можно было увидеть даже на свежей ткани, просто осветив образец ультрафиолетовым светом.
У насекомых, несмотря на радикально другую архитектуру антенн и сенсилл по сравнению с ольфакторной слизистой позвоночных, связи организуются примерно по той же схеме.
Значительная часть переднего мозга насекомых занята антенными, или обонятельными долями, – эквивалентом ольфакторных луковиц, тоже состоящим из собрания гломерул. Ричард Аксель и его группа взяли плодовую мушку Drosophila melanogaster и воспроизвели модель связей, очень похожую на мышь Питера Момбертса. На основании обширного пакета данных было установлено правило, одинаковое для позвоночных и насекомых, что всякий ольфакторный нейрон экспрессирует только один тип ольфакторного рецептора и что все нейроны, показывающие один рецептор и, следовательно, реагирующие на один запах, сходятся к одной гломеруле.
Исходя из этого допущения (в значительной степени подтвержденного экспериментально), можно с помощью воображения воспроизвести карту ольфакторных ответов на уровне луковицы и даже представить себе некий образ для каждого типа запаха. Насколько же сложна будет такая карта? На этот вопрос легко ответить – благодаря технике, позволяющей клеткам загораться светом в ответ на стимул.
Рисунок 29. Визуализация нейронных связей между ольфакторной слизистой и ольфакторной луковицей. Питер Момбертс вывел трансгенную мышь с геном, кодирующим фермент, связанный только с одним из почти 1000 ольфакторных рецепторов. Всякий раз при экспрессии рецептора присутствовал и фермент, а его активность регистрировалась химическим маркером синего цвета. Так исследователям удалось визуализировать сложную систему связей от крошечных точек слева (это концы ольфакторных нейронов, выходящие во внешнюю среду) до одной-единственной точки справа (на нее указывает стрелочка), в которой сливаются все сигналы. Провода (длинные аксоны ольфакторных нейронов) проходят через решетчатую кость (белая зона справа) и входят в мозг, где их ждет первая остановка на пути – ольфакторные луковицы.
Прохождение ионов кальция вследствие открытия соответствующего ионного канала можно увидеть с помощью вещества-датчика, связывающего кальций, которое становится флуоресцентным только в этой связанной форме. Иными словами, можно стимулировать назальный эпителий мыши или антенны насекомого определенным запахом и наблюдать за поведением гломерул ольфакторной луковицы, или обонятельной доли, оросив их каплей датчика. Так мы получим реальную картину физиологического восприятия запаха. Джованни Галиция, тогда работавший в Берлинском университете, первым применил этот метод к обонянию и получил изумительные изображения обонятельной доли медоносной пчелы, реагирующей на разные запахи [14].
Но даже с сотнями гломерул, как у той же мыши, мы все еще не в состоянии справиться со всем многообразием и сложностью запахов окружающего нас мира. Невозможно упростить схему до «данный одорант стимулирует один тип рецептора и включает одну гломерулу». На самом деле практика показывает достаточно сложный паттерн активации, где одни гломерулы реагируют сильнее других, а многие не реагируют вообще. Воспринимаемый нами запах прописан в сложную маршрутную карту, где почти каждая гломерула делает свой небольшой вклад.
В главе первой мы рассуждали о том, сколь сложна должна быть система наблюдения за химической картиной реальности. Еще мы сравнили обонятельную систему с двумя другими, зрительной и слуховой, а именно с восприятием цвета и звука. Цветовое зрение демонстрирует пример очень эффективного различения огромного количества вариаций на базе всего лишь трех сенсоров; слух при этом работает с тысячами разных рецепторов, каждый из которых настроен на определенную длину волны. Для обонятельной системы характерны черты и той и другой. У нее есть множество рецепторов, помогающих распознавать компоненты сложносоставной смеси (жареного мяса, вина или духов), но, чтобы справляться с огромным количеством ароматических молекул, имеющихся в природе, ей приходится соразмерять интенсивность реакции каждого рецептора и настраивать пропорции для различения разных типов запахов, как это делает цветовое зрение.
