Что такое запах? Это явление, связанное с обонянием человека, которое по сей день до конца не изучено. Во многом оно остается загадкой даже для самих ученых. Понятие запаха неразрывно связано не только с физиологическими процессами, но и с психикой человека. Некоторые из сторон того, что представляет собой этот феномен, будут рассмотрены в статье.
Восприятие запаха
Что такое запах? Это специфическое ощущение человеком или животным пахучих летучих веществ, которые находятся в воздухе. Они обнаруживаются специфическими химическими располагающимися у людей и животных в носовой полости.
Восприятие запаха представляет собой сложнейший процесс, распадающийся на множество стадий. Запахи разные по своей структуре и составу. Некоторые вещества воспринимаются человеком по-разному, что зависит от их концентрации в воздухе.
Для подавляющего большинства людей запах является мало дифференцированным, интегральным (суммарным) ощущением. Ведь его определяет суммарный эффект, получаемый от раздражения таких рецепторов, как обонятельные, тройничного нерва и вомероназального органа (периферического отдела дополнительной обонятельной системы). Существует предположение, что в ощущение запаха также вовлекается и аэрозольная компонента атмосферы.
Некоторые особенности
Как правило, восприятие запаха или нейтральное, или приятное. При этом рецепторы загружены на среднем уровне. Когда аромат имеет высокую концентрацию, он начинает вызывать неприятные чувства, происходит так называемая сенсорная перегрузка.
Воздействие некоторых веществ вызывает адаптацию довольно быстро. При этом происходит полная потеря ощущения запаха от такого вещества. Для такого случая в качестве типичного примера выступает сероводород. Его легко обнаруживают в минимальных пропорциях, которые не опасны для здоровья. Но через небольшой промежуток времени интенсивность ощущения падает очень резко, и человек становится неспособным ощутить концентрацию, которая превышает ПДК в воздухе.
Когда происходит наложение нескольких запахов, может произойти существенное искажение общей оценки ароматов. Это явление взято на вооружение парфюмерами, оно используется ими при составлении композиций, когда создаются новые типы духов.
Продолжая изучать вопрос о том, что такое запах, рассмотрим некоторые его разновидности.
Виды запахов
Среди них можно назвать следующие:
- Амины. Похожи на запах рыбы, нашатыря, мочи. Легко нейтрализуются кислотой.
- Серные соединения. Протухший белок, сернистый газ, запах, присутствующий в металлургической промышленности.
- Спирты. Бутанол, изопропиловый, амиловый спирт. Можно смыть водой.
- Карбоновые кислоты и альдегиды. По запаху близки к спиртам, но некоторые из них пахнут довольно приятно и входят в состав духов. Например, альдегид анисовый или коричный. Среди не очень приятных запахов такие, как валериана, формалин, уксус.
- Сложные эфиры - соединения спирта и кислоты, из которых выделили воду. Все это фруктовые ароматы - запахи ананасов, груш и некоторых растворителей для краски, а также ванилин, являющийся важнейшим компонентом эфирных масел.
- Терпены, а также их эфиры. К ним относятся разные приятные запахи почти всех растений. Они также являются компонентами эфирных масел и используются в отдушках.
- Углеводороды имеют запах бензина. Многим они нравятся, однако для отдушки их применять нельзя, так как они являются ядовитыми. Иногда они входят в состав эфирных масел.
- которые пахнут йодом и хлоркой. Это, например, бром, хлор, фтор, соляная, азотная кислота, озон. Так как запах сильно связан с концентрацией, в небольших количествах и сероводород, и озон, и масляная кислота пахнут не так уж и плохо.
Какие запахи духов бывают?
Парфюмеры используют собственную классификацию запахов. Наиболее популярными группами ароматов являются:
- Цветочные - самые распространенные - роза, жасмин, ландыш, гвоздика, лилия.
- Восточные, или ориентальные, - это пачули, ванилин, сандал.
- Морские, или океанические, несут в себе ощущение прохлады и свежести.
- Древесные чаще используются мужчинами. Это мирт, мускус, сухой кедр, голубой ирис.
- Свежие ароматы (растительные). К ним относятся запахи первых весенних цветов, лаванды, розмарина, листьев, травы.
- Шипровые - смола, шалфей, дубовый мох, пачули.
- Альдегидные - ароматы, которые не существуют в природе. Они сочные, интенсивные, колоритные.
- Цитрусовые - грейпфрут, мандарин, бергамот, апельсин, лимон.
- Фруктовые - груша, яблоко, ананас, абрикос, папайя.
- Кожаные. Это мужская группа ароматов, которая воссоздает запах кожи, дыма, табака, жженого дерева. Это и запахи смолы, березы, можжевельника.
Название сериала
«Запах ребенка» — под таким названием вышел турецкий сериал, переведенный на русский язык, который можно смотреть онлайн. Он рассказывает о судьбе девушки Зейно и о ее лучшей подруге Несрин, которую она считает сестрой.
Зейно, будучи медсестрой в детской больнице, жила скромно. Она любила парня, которого звали Юсуф, мечтая, что они поженятся. Однако, когда девушка сообщила возлюбленному, что беременна, тот предложил ей избавиться от ребенка.
Что предпримет девушка и как сложится ее дальнейшая судьба, узнаете, если посмотрите сериал.
Нездоровый воздух в квартире
Часто можно почувствовать неприятный домашний запах, от которого очень трудно избавится. Ведь не всегда можно определить, откуда именно он исходит. Что может быть причиной запаха, вызывающего неприятные ощущения? Среди них могут быть такие, как, например:
- Ковры, паласы, мебель, шторы впитали в себя табачный дым.
- Вовремя не вымытая посуда в большом количестве.
- Засорившиеся и проржавевшие трубы.
- Грязь, жир в микроволновке и в духовом шкафу, оставшиеся после приготовления пищи.
- Остатки жизнедеятельности микроорганизмов в холодильнике, образовавшиеся вследствие длительного хранения продуктов.
- Недостаточно хорошо проводимая уборка в ванной и туалете.
- Не до конца выстиранная и вычищенная одежда в платяном шкафу.
- Несвежее постельное белье.
- Невыветрившийся пот в закрытой обуви.
- Пыль, собравшаяся в воздухе после уборки с использованием пылесоса.
- Отходы, долго лежащие в мусорном контейнере.
Из сказанного можно сделать заключение, что чистота — не только залог здоровья, но и враг неприятного запаха.
Роль запахов
В заключение рассмотрения вопроса о том, что такое запах, нужно отметить, что он играет огромную роль в жизни людей, в их восприятии мира - как физиологическом, так и психологическом. Так, они могут влиять на производительность труда, на аппетит, на выбор продуктов, на настроение, вызывать те или иные воспоминания, стимулировать к совершению покупок.
В сексуальной сфере они также являются очень важными. Одним из доказательств тому, по мнению ученых, являются изменения в предпочтении запахов, наблюдаемые при достижении человеком половой зрелости. До наступления полового созревания обычно более приятными кажутся плодовые и сладкие ароматы, а затем просматривается сдвиг в сторону мускусных, цветочных и маслянистых.
Ряд экспериментов показывает, что мужчинам удается «учуять» женщину, когда она пребывает в состоянии сексуального возбуждения. А также существует теория, что партнеров выбирают по запаху, который, впрочем, ощущается не обонятельными рецепторами.
Для создания запахов парфюмеры пользуются огромным ассортиментом душистого сырья - всего насчитывается более пяти тысяч наименований; среди них большое место занимают естественные душистые вещества, получаемые из растений.
Душистые растения для получения из них эфирного масла выращивают на Кавказе, в Крыму, Молдавии, Средней Азии, Центрально-Черноземной области, на Украине. Это главным образом кориандр, роза, тмин, фенхель, мускатный шалфей, герань, мята, лаванда, анис, жасмин, дубовый мох, азалия, ладанник и другие.
До 90% получаемых эфирных масел используется только парфюмерно-косметической промышленностью, остальные - для пищевой промышленности и отдушивания изделий бытовой химии (средств для стирки белья) и туалетного мыла.
Естественные душистые вещества получают из свежих и высушенных частей растений в основном перегонкой, прессованием (выжиманием) или экстракцией различными растворителями.
Перегонке парами воды подвергают растения, содержащие небольшое количество эфирных масел: так, кориандровое семя (плоды) содержит около одного процента эфирного масла, из одной тонны свежих лепестков розы получается от одного до двух килограммов розового масла. Перегонка происходит при высокой температуре, и некоторые составные части масел уходят с перегонными водами, поэтому запах масла изменяется и обычно значительно ухудшается по сравнению с запахом лепестков.
Выжиманию (прессованию) подвергают корки плодов лимонов, апельсинов, мандаринов, померанца и других, в которых содержится значительное количество сравнительно легко выделяемого масла (например, в свежей корке апельсина содержится около 3% масла).
Некоторые растения - цветы сирени, ландыша, акации - при нагревании вообще изменяют запах и дают совершенно непригодный продукт, поэтому при их переработке перегонку заменяют экстракцией легколетучими растворителями или сжиженными газами. Из вытяжек отгоняют растворитель, а в остатке получаются так называемые экстрактные масла. Ввиду того что отгонка растворителя производится при невысокой температуре, запах экстрактных масел соответствует запаху исходного сырья. Вместе с душистыми веществами в экстрактных маслах содержатся также растительные воски, смолы, перешедшие из сырья; такие масла большей частью тверды, их называют конкретами. При растворении конкретов в спирте воски и часть смол выпадают в осадок и в растворе остается почти чистое, так называемое абсолютное масло. Эфирные масла, конкреты и абсолюты получают из очень многих семян, цветов, корок, мхов, листьев, растений (например, из цветов розы, жасмина и других).
Растительное сырье нередко используют для приготовления спиртовых настоев, особенно когда желательно полнее сохранить запах сырья и извлечь вместе с ним сопутствующие смолистые и другие вещества (часто применяют настои, например, стручков ванили, ирисового корня, гвоздики, дубового мха).
Большое значение имеют многие душистые смолистые вещества, получаемые в результате надрезов на растениях. Чаще всего в парфюмерии применяют бензойную смолу (росный ладан), ладан, толуанский бальзам, стиракс.
Смолистые вещества дают великолепный стойкий запах. Они являются сильнейшими фитонцидами и пригодны для производства средств, очищающих и дезинфицирующих воздух.
В ассортименте «душистого» сырья немаловажное место принадлежит также душистым веществам животного происхождения. Речь идет о высушенных железах самцов некоторых животных (мускусного быка - кабарги, бобра и, реже, ондатры) и выделениях других органов. Мускусная кабарга водится в лесистых горных районах Средней Азии и Сибири. Цибет - это выделение желез цибетовой кошки, обитающей в Северной Африке и Азии; амбра - выделение кашалота (восковидная масса).
Мускус и амбра, применявшиеся в древности как самостоятель ные услаждающие обоняние средства, в настоящее время используются только для обогащения парфюмерных композиций. Амбра придает композиции особую теплоту, яркую освещенность. Мускус, помимо влияния собственного своеобразного запаха, обладает способностью облагораживать, округлять запах композиции, придавать духам утонченность и темпераментность. Темпераментность французских духов в значительной степени объясняется содержанием в них большого количества веществ с животным запахом. Кроме того, влияя на нервную систему, мускус и амбра обостряют чувствительность, увеличивают продолжительность восприятия запахов.
Роль животных запахов в парфюмерии до того велика, что без них сейчас трудно представить себе полноценные духи, они являются обязательной составной частью средств для отдушивания кожи, волос или платья.
Душистые вещества животного происхождения ценны ещё и потому, что они устанавливают гармонию между запахом духов и кожи человека, как бы роднят эти запахи, служат между ними по средниками, делают запах духов как бы свойственным человеку, присущим ему. В литературных произведениях весьма часто высказывается мысль об эмоциональном влиянии чудесных запахов здоровой чистой кожи и волос, а в быту почему-то об этом иногда стыдливо умалчивают. Между тем об этом влиянии нельзя забывать, так как духи, не гармонирующие с запахом кожи и волос, производят неприятное впечатление. Об этом хорошо помнят парфюмеры и об этом не следует забывать потребителю.
До начала XIX века считалось, что эфирные масла представляют собой однородное по составу вещество, более или менее за грязненное какими-либо примесями. Однако оказалось, что это далеко не так: эфирные масла - сочетание большого (и часто очень большого) числа химически индивидуальных душистых веществ, каждое из которых обладает собственным запахом, но в них преобладает одно-два вещества, определяющие основной запах эфирного масла. При этом в них имеются небольшие примеси со слабым запахом или без запаха, играющие большую роль, «округляющие» запах или придающие ему стойкость.
Даже небольшие примеси «загрязнений» изменяют запах эфирного масла иногда до неузнаваемости.
Толчком к развитию промышленного синтеза душистых веществ было синтезирование ванилина. Трудом отечественных и зарубежных ученых составные части многих эфирных масел были выделены в чистом виде. Началось изучение их химического состава, которое привело к синтезу главнейших душистых веществ, обусловливающих приятный запах этих масел.
В настоящее время в парфюмерно-косметической, мыловаренной, пищевой и других отраслях применяется около 80% синтетических душистых веществ. Получение синтетических душистых веществ стало возможным только благодаря высокому развитию химической науки и промышленности. Ученые синтезировали огромное количество душистых веществ, как имеющих аналоги в природе, так и не встречающихся. Было организовано производство не только душистых веществ, синтез которых впервые осуществлен зарубежными учеными, но и совершенно новых душистых веществ: таких, как тибетолид, мустен, сангалидол, мирценоль и многие другие, дающие возможность заменять натуральные душистые вещества (например, санталидол в большой степени заменяет сандаловое масло) и создавать продукцию высокого качества.
Следует учесть, что синтез душистых веществ относится к тонкой, весьма сложной, химической технологии, и даже незначительные примеси, наличие которых подчас невозможно определить обычными химическими или физическими методами, легко улавливаются обонянием; и тем самым препятствуют применению всего продукта.
Из наиболее широко применяемых в парфюмерии синтетических душистых веществ отметим лишь некоторые с указанием основы запаха: бензилацетат (запах жасмина), ванилин (запах ванили), гераниол, фенилэтиловый спирт и цитронеллол (запах розы), цитраль (запах лимона), гидрооксицитронеллаль и линалоол (запах ландыша), терпинеол (запах сирени), гелиотропин (запах гелиотропа), йонон (запах фиалок), кумарин (запах сена) и многие другие.
Уместно задать вопрос: могут ли синтетические душистые вещества полностью заменить естественные душистые вещества? Нет! Синтетические душистые вещества, если они цветочного характера, определяют лишь основную черту запаха растений (и то не полностью), они лишь напоминают запах того или иного растительного вещества, но это еще не самый его запах. Они лишены той прелести запаха, той окраски (тембра), звучности, бархатистости, «оркестровки» запаха, какие присущи натуральным душистым веществам.
Полностью заменить естественные душистые вещества синтетическими невозможно: только сочетание тех и других дает возможность создать действительно полноценные произведения.
Синтетические душистые вещества заслуженно занимают в современной парфюмерии весьма значительное место: без них парфюмерия осталась бы, пожалуй, в основном на уровне средних веков.
Все парфюмерно-косметические изделия и туалетные мыла содержат в своем составе синтетические душистые вещества. Без них невозможно было бы получить всё многообразие продукции высокого качества, какое мы имеем в настоящее время. Слово «синтетика» в данном случае подразумевает не только замену натуральных душистых веществ искусственными, но и создание веществ с новыми запахами, не существующими в природе, и новыми ценными свойствами (стойкостью, оригинальностью и красотой запаха). Обилие синтетических и натуральных душистых веществ потребовало, для облегчения и повышения творческих возможностей парфюмера, поисков некоторых, так называемых промежуточных композиций, или баз, являющихся гармоническим сочетанием душистых веществ. Эти базы - незаконченные композиции, они играют ту же роль, что в музыке аккорды и мелодии. Это отдельные наброски, фрагменты, которые парфюмеры используют в своем дальнейшем творчестве.
Как мы уже говорили, всего существует около пяти тысяч наименований душистых веществ, а базы состоят из многих (большей частью в пределах десяти, а то и больше) душистых веществ. Поэтому при выборе основы для нового запаха или улучшения существующего, парфюмеру нет надобности запоминать запахи всех душистых веществ и рассеивать свое внимание.
Базы - ведущие или подсобные «отрезки» запаха - самостоятельны, законченны, поэтому современная парфюмерия не может существовать без этих баз.
Наибольший процент среди парфюмерного сырья составляет этиловый (винный) спирт высшей очистки. Он играет роль растворителя душистых веществ, освежающего и дезинфицирующего средства. Крепость спирта в духах колеблется от 96,2 до 60%, а в одеколонах - от 75 до 60%.
Из всех указанных душистых веществ путем гармонического их сочетания парфюмеры готовят композиции - законченные произведения парфюмерного искусства, которые в виде духов, одеколонов, туалетной воды и прочего доходят до потребителя.
Доктор технических наук В. МАЙОРОВ.
В последнее десятилетие ХХ века в науке о запахах произошла подлинная революция. Решающую роль сыграло открытие 1000 видов обонятельных рецепторов, связывающих молекулы пахучих веществ. Однако механизм передачи обонятельного сигнала в центральную нервную систему таит в себе еще много загадок.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Пути передачи информации о запахах в головной мозг.
Схематическое изображение обонятельного эпителия. Базальные клетки являются клетками-предшественниками обонятельных рецепторных нейронов.
Изображение реснички обонятельного нейрона, сделанное с помощью флуоресцентного красителя. На мембране ресничек расположены рецепторные белки, взаимодействующие с молекулами одорантов.
Модель молекулы обонятельного рецепторного белка мыши, к которому присоединена молекула одоранта - гексанола (пурпурного цвета).
Одна из моделей процесса преобразования сигнала внутри реснички обонятельного нейрона.
Схематическое изображение комбинаторных рецепторных кодов одорантов.
Электроольфактограмма (ЭОГ) - электрический колебательный сигнал, регистрируемый специальным электродом с участка внешней поверхности обонятельного эпителия крысы.
Чуть более четверти века назад в журнале "Наука и жизнь" (№ 1, 1978 г.) была опубликована статья "Загадка запаха". Ее автор, кандидат химических наук Г. Шульпин, справедливо отмечал, что современное ему состояние науки о запахах примерно такое же, как состояние органической химии в 1835 году. Тогда один из зачинателей этой науки, Ф. Велер, писал, что органическая химия представляется ему дремучим лесом, из которого невозможно выбраться. Но уже через четверть века А. М. Бутлеров, создав теорию химического строения вещества, сумел "выбраться из чащи". Шульпин выражал уверенность, что загадка запаха будет решена едва ли не быстрее, чем в случае органической химии.
И он оказался прав на все 100%! В последнее время произошел настоящий прорыв в понимании молекулярных основ обоняния. Разберем основные стадии восприятия запахов в свете современных представлений.
КАК ВОСПРИНИМАЕТСЯ ЗАПАХ
Проделаем простой опыт. Возьмем флакон с пахучей жидкостью, например духами, откроем пробку и понюхаем содержимое в спокойном ритме дыхания. Легко обнаружить, что мы ощущаем запах только во время вдоха; начинается выдох - запах исчезает.
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. Затем часть воздуха поступает в расположенную в верхней задней зоне канала обонятельную область, имеющую вид щели, покрытой обонятельным эпителием.
Общая поверхность, занимаемая эпителием в обеих половинках носа взрослого человека, невелика - 2 - 4 см 2 (у кролика эта величина равна 7-10 см 2 , у собак - 27 - 200 см 2). 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. При нормальном спокойном дыхании вблизи обонятельного эпителия проходит 7 -10% вдыхаемого воздуха. 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.
Основная функция обонятельного рецептора состоит в выделении, кодировании и передаче информации об интенсивности, качестве и продолжительности запаха в обонятельную луковицу и специальным центрам в головном мозге. Эпителий в обеих носовых полостях у человека содержит приблизительно 10 млн обонятельных нейронов (у кролика - около 100 млн, а у немецкой овчарки - до 225 млн).
Как известно, нейрон состоит из тела и отростков: аксонов и дендритов. Нервный импульс с одной нервной клетки на другую передается с аксона на дендрит. Диаметр утолщенной центральной части обонятельного нейрона (сомы) 5-10 мкм. Дендритная часть в виде волокнистых отростков диаметром 1-2 мкм выходит к внешней поверхности эпителия. Здесь дендриты заканчиваются утолщением, от которого отходит пучок из 6-12 ресничек (цилий) диаметром 0,2-0,3 мкм и длиной до 200 мкм, погруженный внутрь слоя слизи (у кролика число ресничек в одном рецепторном нейроне составляет 30-60, а у собак достигает 100-150). Отходящее от сомы нервное волокно (аксон) имеет диаметр около 0,2 мкм и выходит к внутренней поверхности эпителия. Здесь аксоны от соседних нейронов объединяются в жгуты (филы), доходящие до обонятельной луковицы.
СЕМИОТИКА ОБОНЯНИЯ
Для того чтобы обонятельный сигнал был воспринят нейроном, молекула одоранта связывается со специальной белковой структурой, расположен ной в нейрональной клеточной мембране. Такая структура называется рецепторным белком. Используя методы молекулярной биологии, американские ученые Линда Бак и Ричард Аксель в 1991 году установили, что обонятельные нейроны у млекопитающих содержат около 1000 различных видов рецепторных белков (у человека их меньше - около 350). Признанием важности этого открытия стало присуждение им в 2004 году Нобелевской премии за исследования в области физиологии и медицины (см. "Наука и жизнь" № 12, 2004 г).
Каким образом рецепторы распределяются по нейронам: имеются ли отдельные представители этого семейства во всех обонятельных нейронах или каждый нейрон несет на своей мембране только один вид рецепторного белка? Как может мозг определить, какой из 1000 типов рецепторов подал сигнал? Имеющиеся данные позволяют сделать заключение о том, что на одном нейроне присутствует только обонятельный рецепторный белок одного вида. Нейроны с разными рецепторами обладают различной функциональностью, то есть в эпителии имеются тысячи различных типов нейронов. В этом случае проблема идентификации активированного запахом отдельного рецептора сводится к задаче выявления подавшего сигнал нейрона.
Принимая во внимание, что общее число обонятельных нейронов у человека около 10 млн, число обонятельных рецепторов одного типа исчисляется в среднем десятками тысяч.
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 как бы 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. Учитывая, что в эпителии млекопитающих имеется приблизительно 1000 видов обонятельных рецепторов, можно полагать, что такая комбинаторная схема позволяет различить громадное число одорантов (даже человек различает до 10 000 запахов).
Полученные в последнее время результаты экспериментальных исследований свойств обонятельных рецепторных белков позволили создать на молекулярном уровне структурную модель спиральной молекулы обонятельного белка. Обонятельные рецепторные белки принадлежат к суперсемейству мембранносвязанных рецепторов. Они пересекают двухслойную липидную мембрану реснички семь раз. У содержащей 300-350 аминокислот молекулы рецепторного белка три наружные петли соединяются с тремя внутриклеточными петлями семью пересекающими мембрану трансмембранными участками.
НЕОБХОДИМАЯ СЛИЗЬ
Находящиеся в потоке воздуха молекулы одоранта, перед тем как достичь обонятельных рецепторных нейронов, должны пересечь обволакива ющий поверхность обонятельного эпителия слой слизи. 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.
Слой слизи состоит из двух подслоев. Внешний, водный, имеет толщину примерно 5 мкм, а внутренний, более вязкий, - около 30 мкм. 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.
Слой слизи содержит разнообразные растворимые в воде белки, значительную часть которых составляют так называемые гликопротеины. Благодаря разветвленной молекулярной структуре эти белки способны связывать и удерживать молекулы воды, образуя гель.
Другие виды белков, содержащихся в слизи, взаимодействуют с молекулами одорантов и тем самым могут оказывать влияние на восприятие и распознавание запахов. Эти белки подразделяются на два основных класса - одорант-связующие белки (OBP) и одорант-разрушающие ферменты.
ОВР относятся к семейству белков, имеющих складчатую бочкообразную структуру с внутренней глубокой полостью, в которую попадают маленькие молекулы гидрофильных (жирорастворимых) одорантов. Разные подвиды этих белков отличаются высокой избирательностью взаимодействия с одорантами различных химических классов.
Полагают, что OBP способствуют растворению одоранта и транспортируют его молекулы сквозь слой слизи, действуют как фильтр для разделения одорантов, могут облегчать связывание одоранта с рецепторным белком и даже очищать околорецепторное пространство от ненужных компонентов.
Кроме одорант-связующих белков в слизи обонятельного эпителия вблизи рецепторных нейронов обнаружены несколько видов одорант-разрушающих ферментов. Все эти ферменты запускают реакции превращения молекул одорантов в другие соединения. Образующиеся в результате этих реакций продукты также вносят свой вклад в восприятие запаха. В конечном итоге все поступающие в слой слизи молекулы одорантов быстро, практически одновременно с завершением вдоха, теряют свою "запаховую" активность. Так что обонятельная система при каждом вдохе получает новую информацию от свежих порций одоранта.
ОБОНЯНИЕ НА УРОВНЕ МОЛЕКУЛ
Многие свойства системы восприятия запахов можно объяснить на молекулярном уровне. Молекула одоранта встречает на поверхности слизи, покрывающей обонятельный эпителий, молекулу одорант-связующего белка, которая связывает и переносит молекулу одоранта через слой слизи к поверхности реснички обонятельного нейрона. В ресничках осуществляется основной процесс передачи обонятельного сигнала. Его механизм достаточно типичен для многих видов взаимодействий физиологически активных веществ с рецепторами нервных клеток.
Молекула одоранта прикрепляется к определенному обонятельному рецептору (R). Между процессом связывания молекулы одоранта с рецептором и передачей обонятельного сигнала в нервную систему лежит сложный каскад биохимических реакций, проходящих в нейроне. Связывание молекулы одоранта с рецепторным белком активирует так называемый G-белок, расположенный на внутренней стороне клеточной мембраны. G-белок в свою очередь активирует аденилатциклазу (AC) - фермент, преобразующий внутриклеточный аденозинтрифосфат (ATP) в циклический аденозинмонофосфат (cAMP). А уже cAMP активирует другой мембранносвязанный белок, который называется ионным каналом, поскольку открывает и закрывает вход заряженным частицам внутрь клетки. Когда ионный канал открыт, в клетку проникают катионы металлов. Таким способом меняется электрический потенциал клеточной мембраны и генерируется электрический импульс, передающий сигнал с одного нейрона на другой.
Несколько молекулярных стадий передачи внутриклеточного сигнала обеспечивают его усиление, в результате чего небольшого числа молекул одоранта становится достаточно для генерирования нейроном электрического импульса. Такие усилительные каскады обеспечивают большую чувствительность системы восприятия запахов.
Итак, 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.
Одиночный электрический сигнал-импульс на выходе имеет длительность не более 5 мс и пиковую амплитуду около 100 мкВ. Почти все нейроны генерируют импульсы и при отсутствии воздействия одоранта, то есть обладают спонтанной активностью, называемой биологическим шумом. Частота этих импульсов меняется в диапазоне от 0,07 до 1,8 импульса в секунду.
ЛУКОВИЧНАЯ НЕЙРОСЕТЬ
Обонятельные рецепторные нейроны распознают громадное число разнообразных молекул пахучих веществ и посылают информацию о них через аксоны в обонятельную луковицу, служащую первым центром обработки обонятельной информации в головном мозге. Парные обонятельные луковицы представляют собой продолговатые образования "на ножках". Отсюда начинается путь обонятельного сигнала к полушариям мозга. Аксоны обонятельных нейронов оканчиваются в обонятельной луковице разветвлениями в сферических концентраторах (диаметром 100-200 мкм), называемых гломерулами. В гломерулах осуществляется контакт между окончаниями аксонов обонятельных нейронов и дендритами нейронов второго порядка, которыми являются митральные и пучковые клетки.
Митральные клетки - самые крупные нервные клетки, выходящие из обонятельной луковицы. Пучковые клетки меньше митральных, но функционально с ними схожи. Представление о количестве нервных клеток у млекопитающих могут дать характеристики обонятельной системы кролика. В ней имеется по 50 миллионов обонятельных рецепторных нейронов справа и слева (ровно в десять раз больше, чем у человека). Аксоны обонятельных рецепторов распределены между 1900 гломерулами обонятельной луковицы - примерно по 26 000 аксонов на гломерулу. Дендритные окончания 45 000 митральных и 130 000 пучковых клеток получают сигналы от аксонов в гломерулах и передают их из обонятельной луковицы в центры обоняния в головном мозге. Около 24 митральных и 70 пучковых клеток получают информацию от аксонов в каждой гломеруле. У человека около 10 млн аксонов обонятельных нейронов распределяются по 2000 гломерул обонятельной луковицы.
Все аксоны одной популяции обонятельных нейронов сходятся на две гломерулы, зеркально расположенные по разные стороны двумерного поверхностного слоя обонятельной луковицы. 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.
Механизм активации гломерул до сих пор не выяснен. Усилия исследователей направлены на то, чтобы выяснить, каким образом многообразие одорантов воспроизводится в двумерном слое гломерул на поверхности обонятельной луковицы. Кстати, эти отображения имеют динамический характер - они постоянно меняются в ходе восприятия запаха, усложняя научную задачу.
Обонятельная луковица - это большая многослойная нейросеть для пространственно-временнoй обработки отображения запаха в гломерулах. Ее можно рассматривать как совокупность множества микросхем с большим количеством связей, со взаимной активацией и ингибированием активности нейронов. Выполняемые нейронами операции выделяют характерные свойства карты запаха.
От обонятельной луковицы аксоны митральных и пучковых клеток передают информацию в первичные обонятельные участки коры головного мозга, а затем в высшие ее участки, где формируется осознанное ощущение запаха, и в лимбическую систему, которая порождает эмоциональную и мотивационную реакцию на обонятельный сигнал.
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.
ЗАГАДКИ ЗАПАХОВ
То, о чем говорилось в предыдущих разделах, относится пусть к самому сложному, основополагающему, но начальному разделу науки о запахах - к их восприятию. Не раскрыт механизм взаимодействия обоняния с другими системами восприятия, например со вкусом (см. "Наука и жизнь" № , с. 16-20). Ведь известно, что если человеку зажать ноздри, то при дегустации даже хорошо известных вкусовых пищевых продуктов (например - кофе) он не в состоянии точно определить, что он пробовал. Достаточно разжать ноздри - и вкусовые ощущения восстанавливаются.
С молекулярной точки зрения пока непонятно, в каких единицах измерять интенсивность запаха и от чего она зависит, что такое качество запаха, его "букет", чем отличается один запах от другого и как охарактеризовать это отличие, что происходит с запахом при смешивании различных одорантов. Оказывается, что независимо от вида одорантов и уровня подготовленности даже опытный эксперт не может определить все составляющие смесь компоненты, если их больше трех. Если же смесь содержит более десяти одорантов, то человек не в состоянии идентифицировать ни одного из них.
Остается еще множество вопросов, касающихся механизмов и видов воздействия запахов на эмоциональное, психическое и физическое состояния человека. В последнее время на эту тему появилось немало спекуляций, чему поспособствовал вышедший в 1985 году роман П. Зюскинда "Парфюмер", более восьми лет прочно занимавший место в первой десятке бестселлеров на западном книжном рынке. Фантазии на тему чрезвычайной силы подсознательного воздействия ароматов на эмоциональное состояние человека обеспечили этому произведению огромный успех.
Однако художественный вымысел постепенно получает обоснование. Недавно в периодической печати появились сообщения о том, что американские военные "парфюмеры" разработали на редкость дурно пахнущую бомбу, способную не только вызвать отвращение, но и разогнать солдат противника или агрессивно настроенную толпу.
Общественные аллюзии на парфюмерные темы подстегнули всеобщий интерес к искусству ароматерапии. Расширилось использование ароматов в общественных местах, таких, как офисы, торговые залы, холлы гостиниц. Появились даже специальным образом ароматизированные товары, улучшающие настроение. Возникла такая отрасль рыночной экономики, как аромамаркетинг - "наука" о привлечении клиентов с помощью приятных запахов. Так, запах кожи навевает покупателю мысли о дорогом качественном товаре, аромат кофе побуждает к покупкам для домашнего ужина и т.д. Каким образом запахи формируют в головном мозге сигналы, побуждающие человека совершать покупки? Ученым предстоит совершить еще немало открытий, прежде чем ответить на этот и многие другие вопросы и отделить мифы о запахах от реальности.
Литература
Лозовская Е., канд. физ.-мат. наук. // Наука и жизнь, 2004, № 12.
Майоров В. А. Запахи: их восприятие, воздействие, устранение. - М.: Мир, 2006.
Марголина А., канд. биол. наук. // Наука и жизнь, 2005, № 7.
Шульпин Г., канд. хим. наук. Загадка запаха // Наука и жизнь, 1978, № 1.
Мы воспринимаем мир с помощью пяти чувств, но, вспоминая о прошлом, используем только три из них. Богатая история человечества хранится в аудиофайлах (слух), на видеокассетах (зрение), а также в качестве раритетных вещей или музейных экспонатов (тактильные ощущения). Однако никто из нас не мог подумать, что запах тоже может рассказывать о прошлом.
К счастью, в мире существуют ученые, которые убеждены в силе старинных ароматов. Яркой приверженкой этой необычной теории можно считать докторанта из Университетского колледжа Лондона Сесилию Бембайбер. Эта женщина пытается сохранить историю, создавая каталоги ароматов прошлого. По мнению эксперта, запах помогает нам взглянуть на старину с точки зрения человечности.
Откуда берутся ароматы?
Сесилия собирает запахи с исторических мести и уникальных объектов, расположенных по всей Англии. Она разыскивает местечки, которые представляют собой особую культурную ценность, наследие страны. Однако все эти объекты, помимо исторической значимости, должны сильно пахнуть. А иначе вся затея будет выглядеть трудновыполнимой. В настоящее время исследование доктора Бембайбер сосредоточено на двух объектах: дворянской усадьбе Ноул-Хаус, расположенной на западе графства Кент, и библиотеке собора святого Павла в Лондоне.
Немного истории
Дворец Ноул-Хаус был построен в 15 веке для архиепископа Томаса Буршье. Внушительная территория поместья (4 квадратных километра) имеет ценный исторический материал. Библиотека, напротив, представляет собой маленькое душное помещение. Если вы зайдете сюда впервые, у вас может сложиться впечатление о том, что это заброшенный чердак с множеством старинных вещей и книг. Эти ценности хранятся здесь на протяжении нескольких сотен лет. Сюда не пускают простого обывателя, и попасть в библиотеку собора можно только по предварительной записи. Эта строгость играет на руку Сесилии. Ведь только так, скрываясь от посторонних глаз, помещению удается поддерживать пьянящий аромат старины.
Историческая сокровищница
Дворец Ноул-Хаус насчитывает 365 комнат, по одной на каждый день года. В качестве дополнительного научного преимущества внушительный особняк имеет столь же внушительный семейный архив. Исследовательница сможет отыскать в нем ценные пояснения ко всем старым вещам, которые ей удастся понюхать.
Несколько примечательных объектов
Глаз Сесилии упал на пару кожаных перчаток с бахромой, бывших в употреблении в 18 веке. Этот аксессуар, выполненный из натурального податливого материала, хранивший тепло чьих-то рук, действительно может стать ценным экземпляром. Хорошо сохранил запах и уникальный рецепт, датированный 1750 годом, а также воск, используемый прислугой для полировки мебели. В комнате, получившей название «Венецианский посол», также много удивительных старинных ароматов. Еще внимание исследовательницы привлекла старая книга и более современные вещи — виниловые пластинки, сохранившиеся в коллекции владельцев поместья.
Как консервировать запах?
Прогулявшись по длинным коридорам дворца Ноул-Хаус, Сесилия переходит к более ответственной части эксперимента. Она отыскала, все, что ей нужно, теперь необходимо перенести ароматы в каталог. Один из вариантов – это метод Headspace, при котором объект переносится в лабораторию в чистом герметичном пакете. Внутри упаковки имеется клапан с уплотнением для летучих органических соединений, которые совершенно изолированы.
В консервации запахов Сесилия использует и другой метод, известный как пассивная диффузия. При этом способе углекислый газ и кислород, находящиеся в составе воды, проникают в биологическую мембрану, оставляя за собой молекулы и сквозные поры. Это дает возможность запахам беспрепятственно проникать в освободившееся пространство.
После того как испытательные образцы полностью подготовлены, доктор Бембайбер проводит их через газовый хроматограф и масс-спекторметр, который выполняет функцию «большого носа». Этот уникальный прибор работает по принципу устройства, снимающего кардиограмму, только применительно к запахам. Исследовательница использует его для идентификации молекул различных химических веществ в выбранных ею ароматах.
Создание химического рецепта
Когда Сесилия работает, у нее складывается впечатление, что она создает уникальный химический рецепт. Возможно, наши потомки захотят воспроизвести какой-нибудь из представленных запахов. Тогда им лишь останется воспользоваться оставленной инструкцией.
Из чего состоит аромат старинных книг?
Сравнительный анализ некоторых ароматов может удивить вас. Например, запах старинной книги состоит из уксусной кислоты, фурфурола (нечто среднее между хлебом и миндалем), бензальдегида (напоминает сладкую корицу), ванилина и гексанола (пахнет свежескошенной травой). Большинство из указанных химических соединений по отдельности имеют приятные ароматы. Каждый из них является продуктом клеточного распада. Но если же их собрать воедино, перед нами предстает то, что мы ассоциируем с запахом старинной книги. Мы ценим его, но все же этот приятный аромат немного отдает затхлостью.
Один из партнеров Сесилии по научным исследованиям работает с адаптированным хроматографом, который позволяет исследователям раскладывать ароматы на отдельные компоненты. Это можно сравнить с пребыванием в парфюмерном магазине. Одурманивание запахами происходит так быстро, что совсем скоро не представляется возможным точно идентифицировать образец.
Старинные вещи хранят воспоминания
По мнению доктора Бембайбер, для сохранения запаха недостаточно иметь только химическую информацию. Вдыхая аромат из прошлого, люди обычно вспоминают то место и время, с которым он был связан, был ли он приятный, сильный, слабый, знакомый или уникальный. С уверенностью можно сказать лишь одно: если люди оставили вещь на хранение, значит, на это были веские причины.
Заключение
Сама Сесилия Бембайбер признается, что если бы могла, сохранила бы на память особый аромат, связанный с семейным отпуском. Однажды, когда женщина с ребенком вернулась с пляжа, она остро ощутила этот запах счастья – кожу, пропитанную морской солью, солнцем и детским кремом.