Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу - Энн-Софи Барвич

Вскоре химики признали удивительное структурное разнообразие молекул запаха. Понимание химического мира запахов необычайно расширилось во второй половине XX века, чему способствовал значительный технологический прогресс, включая развитие газовой хроматографии, а также работы многих известных химиков, таких как Чарльз Селл и Паоло Пелози[93]. Это разнообразие подрывало даже самые аккуратно сформулированные правила, связывавшие структуру молекул с их запахом (structure-odor rules, SORs)[94]. Правила SORs не могли овладеть шифром носа. Казалось, они достаточно точно отражали причинно-следственные связи, заставляющие молекулы пахнуть определенным образом. Но они не позволяли установить причину, почему молекулы пахнут так, а не иначе. Экри соглашался: «Выяснилось, что изучение молекулярной структуры лигандов не дало нам никакой информации об ответе на эти лиганды в растворах в реальных системах».

Как выяснилось, модель «ключ – замок» не только не могла решить проблему SORs, но еще и оказалась неточной. Положительный результат применения этой модели в том, что изучение обоняния было включено в более широкий круг биохимических исследований[95]. Вскоре к этой работе присоединились биологи, и среди них был Максвелл Мозель из Университета Сиракуз. Ранняя теория обоняния Мозеля 1950–1970-х годов и его же более поздние работы воплощали основную исследовательскую стратегию времени: поиск выборочной активации через формирование пространственных распределений. Теория Мозеля возникла под влиянием ранних физиологических исследований Эдгара Адриана о пространственных взаимодействиях в обонятельной луковице; он сравнивал процессы в обонятельном эпителии с функцией хроматографа («хроматографическая гипотеза»)[96]. «Вот откуда у меня возникла идея, что у обоняния, запаха и способа его восприятия и распространения могут существовать пространственные отношения – как в других сенсорных системах: слухе, осязании и отчасти даже вкусе». Он предположил, что молекулы запаха не распределяются по всему эпителию, и что в эпителии есть разные зоны, где происходит взаимодействие с одорантами. Различия в скорости связывания в рамках этой теории указывали на вариации чувствительности рецепторов.

Изучая носы лягушек, Мозель отслеживал пути прохождения воздуха и обнаружил градации «сорбции»[97], связанные с составом химических стимулов: «Предположим, что хроматографический эффект оказывает важнейшее влияние на то, что вы воспринимаете. Не знаю, читали ли вы мою статью, но я заменил колонку газового хроматографа лягушачьим носом. Я следил за удерживанием различных одорантов, как на обычной колонке для газовой хроматографии. Я заменил колонку лягушачьим носом, и мы обнаружили, что они почти идентичны». Мозель анализировал различия сорбции веществ, связанные с такими особенностями молекул, как растворимость в жирах и в воде. Он так и не закончил формулировать свою теорию, однако она сильно повлияла на изучение динамики воздушных путей и потоков в носовых ходах.

В 1970-е годы к исследованиям обоняния подключились несколько физиологов. Это была неизведанная территория, хотя и не обещавшая быстрого прогресса. Активизация биологических исследований привела к изменениям в их научном сообществе. И это изменение было не только экспериментальным, но и социальным.

Современная наука о запахах возникла в сравнительно небольшой группе чрезвычайно заинтересованных людей, часто находивших друг друга вне основного собрания ученых на больших научных конференциях, таких как исследовательская группа по химическим чувствам при Американском обществе нейробиологов, или на более специализированных встречах наподобие Гордоновских конференций (они проходят раз в три года и посвящены обонятельному и вкусовому распознаванию химических стимулов). В конце 1970-х годов прошли первые специализированные мероприятия по химическому распознаванию: ежегодная конференция Европейской организации хеморецепторных исследований (ECRO) и проходящий раз в три года Международный симпозиум по обонянию и вкусу (ISOT). «Однако ни одно из них на самом деле не собирало всех, – вспоминает Мозель. – Поскольку психологи посещали конференции по психологии, физиологи посещали конференции по физиологии… и были Гордоновские конференции раз в три года. Но этих людей можно было увидеть нечасто. И поэтому постоянно говорилось, что нам нужна какая-то ежегодная встреча по обонянию, но никто и никогда почти ничего для этого не делал».

К реальным изменениям привела необходимость. В конце 1970-х Национальный научный фонд (NSF) США сократил финансирование, причем значительно. Тем, кто занимался зрением, не стоило беспокоиться по этому поводу, так как их тематика была актуальна в быстро развивающейся сфере нейробиологии. Но финансирование исследований обоняния никогда не было ни стабильным, ни гарантированным. Они едва-едва поддерживались. Североамериканским ученым была нужна организация, которая могла бы найти средства.

«Я работал в Национальном научном фонде, и один парень все время говорил мне: “вы в области обоняния не так уж много выяснили по сравнению с теми, кто исследует зрение и слух”. Он очень меня этим раздражал. Но он был прав, поскольку в то время мы знали очень мало. Мы знали, что молекулы несут запах, но больше почти ничего. Итак, мы [в этой области] продолжали разговаривать, когда встречались на конференциях по физиологии. Мы должны были что-то сделать. Мы были обязаны что-то сделать. Но потом NIH (Национальный институт здравоохранения) и NSF кое-что предприняли». Изменилась политика финансирования. Для изучения обоняния требовалась материальная поддержка. «Возникла идея, что нам тоже следует организовать общество, которое могло бы вести переговоры с NIH и NSF и представлять ведущиеся в США исследования».

Так родилась Ассоциация хеморецептивных наук (AChemS). «До AChemS не было общества, которое сводило бы их вместе, – вспоминает Экри. – Замечательное событие, случившееся при моей жизни: оно позволило этим областям развиваться параллельно внутри структуры сообщества». Это была обычная платформа для сравнения экспериментальных данных и обмена идеями. Короче говоря, AChemS, наряду с ECRO, обеспечила определенную связь и преемственность в сообществе ученых, что способствовало ускорению исследований. Мозель отмечал, что это сообщество было сравнительно небольшим: «AChemS объединяла около пятисот членов. Исследование зрения объединяло миллионы». Сегодня AChemS – официальная организация, в 2018 году ее конференция проводилась в сороковой раз. «Если бы NIH и NSF не решили, что больше денег должно доставаться зрению и слуху, а не химическим чувствам, возможно, мы никогда бы не стали организацией!» – смеется Мозель.

В конце 1970-х и в начале 1980-х годов данная область исследований наконец сформировалась. Обоняние уже не было исключительно полем деятельности химиков, открыв двери и для биологов. В 1980-х годах началось систематическое изучение молекулярных основ обоняния. Результаты показывали, что определение запаха происходит по тому же молекулярному пути, что и определение стимулов в других сенсорных системах. Внешняя информация от стимулов (фотонов, звуковых волн или молекул воздуха) в чувствительных нервах превращается в электрические сигналы. Отвечает за эти превращения путь с участием вторичных мессенджеров – каскад биохимических реакций, который в