загрузка...

Природа запаха

  • 30.06.2010 / Просмотров: 8735
    //Тэги: Гордон   биология   химия  

    Что такое запах? Можно ли создать искусственный нос? Что происходит в собачьем носу и в собачьей голове, когда в считанные секунды она по запаху идентифицирует человека? Что такое феромоны и какова их биология, химия, семиотика, механизм действия и обонятельный образ? Генотипичен ли запах индивидуума? О природе запаха и химической коммуникации животных - химик Эдуард Зинкевич.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Александр Гордон. Может быть, мы всё-таки выяс-
ним, почему запах серы настолько стойко ассоцииру-
ется с чем-то не совсем хорошим, уж абсолютно поту-
сторонним.
Эдуард Зинкевич. Обычно считают, что люди дове-
ряют зрению, слуху меньше, а запаху совсем мало. Вот
подтверждение: если я вам скажу «говорите громче»,
а приставлю палец так, вы поймёте, что я говорю про
другое. То есть при противоречивой информации вы
доверяете зрению. А у животных основной решающий
фактор – это обоняние.
Что такое запах и обоняние? Запах – это ощущение,
которое возникает у человека, когда определённые ве-
щества – мы называем их летучими, то есть те веще-
ства, которые дают много паров в газовое простран-
ство, – при вдохе попадают на специализированные
обонятельные клетки. Вот рисунок, из которого понят-
но, что эти клетки расположены в носовых проходах
и они висят «вниз головой». Эти обонятельные клетки
– это настоящие клетки мозга, которые выползли на-
ружу. Человеческий мозг и мозг любого животного кон-
тактирует с внешней средой только в этом случае, это
прямой ввод в мозг. Это настолько поразительно: все
остальные зрительные, акустические рецепторы – это
вторичные клетки, где переход от одной клетки в дру-
гую через определённые синапсы идёт до мозга. А это
настоящие клетки мозга, которые ощупывают внешний
мир.
Александр Гордон. То есть сейчас, простите, я залезу пальцем в
нос, это я мозг свой трогаю?
Эдуард Зинкевич. Нет, обонятельные клетки находятся между
глаз, они выше.
Александр Гордон. Гораздо глубже.
Эдуард Зинкевич. Вот хорошо видно на рисунке: белым обозначе-
ны как раз те обонятельные клетки, настоящие клетки
мозга. А вот на следующем рисунке мы видим, как вы-
глядят обонятельные клетки. Вот тело клетки, и сверху
волоски. На самом деле они висят вниз головой. И вот
на этих волосках расположены настоящие участки, на-
зываемые молекулярными рецепторами. Взаимодей-
ствие пахучих веществ с этой мишенью даёт электри-
ческий ответ, который идёт в мозг. И дальше централь-
ная нервная система анализирует огромное количе-
ство электрических импульсов.
У нас, у людей, 10 в 8-й степени клеток, это огромное
количество. И чтобы вы понимали разницу между обо-
нянием собаки и человека, это выглядит так. Вот по-
верхность, которая воспринимает пахучие вещества у
человека. Она огромная, 25 квадратных сантиметров,
это 5 на 5 сантиметров. У собаки 7 квадратных метров.
Александр Гордон. Метров?!
Эдуард Зинкевич. Метров. Вот чтобы было понятно, насколько у
них возможности больше, чем у человека.
Александр Гордон. Потрясающе.
Эдуард Зинкевич. Следующий рисунок это обычный дыхательный
эпителий. Он так структурирован. А вот следующий ри-
сунок покажет вам, как выглядят обонятельные клетки;
вот это та поверхность, которая ловит летучие веще-
ства, распространённые в воздухе.
Александр Гордон. И вот этой поверхности у нас…
Эдуард Зинкевич. И вот этой поверхности у нас 25 см, но это всё
равно огромная, огромная площадь поверхности.
Александр Гордон. А вот у друзей наших меньших…
Эдуард Зинкевич. 7 квадратных метров. Поэтому я буду расска-
зывать о собаках с большим восхищением, хотя могу
сказать, что мы пытались с ними конкурировать по ин-
дивидуальному запаху. И, например, некоторые люди
в состоянии отличать индивидуальный запах мышей,
крыс. Но не всех, а только некоторых. А любые собаки
это делают легко.
Но что такое запах с точки зрения химика, какие ве-
щества пахнут? Не все вещества пахнут. У нас, мы
знаем сейчас, около 10 млн. органических веществ, и
только 10% имеет запах. Значит, эти вещества вызы-
вают ощущения, которые мы называем запахом. У жи-
вотных, наверное, то же самое, но твёрдо доказать, что
они точно так же чувствуют, как и мы, это нельзя.
Так вот, когда пахучие вещества дают нам электри-
ческий ответ, то в животном мире он несёт информа-
цию вообще обо всём, об окружающей среде в соци-
альном плане… Вот как выглядит обонятельная реце-
пторная клетка. Вот жгутики, которые висят сверху и
снизу, это те белки, которые встроены в мембрану обо-
нятельной клетки. И взаимодействие их с пахучим ве-
ществом вызывает электрический ответ, открываются
ионные каналы, идёт ток, и это мы считаем запахом.
Можно следующий рисунок.
И тогда я перейду к молекулярным механизмам того,
как возникают электрические ответы. Здесь участву-
ют ионы кальция, что очень важно для специалистов,
ведь это данные последних 10-20 лет для обонятель-
ного рецептора. Значит, если взглянуть в историю из-
учения обоняния, то оказывается, что первые сведе-
ния были получены в VI-V веке до нашей эры. Ученик
Пифагора Алкмион Кротонский впервые описал орган
обоняния. Тогда догадывались, что какие-то вещества
отлетают от цветков, от чего-то другого и попадают в
нос, и считали, что в носу есть щель в мозг. Эти веще-
ства прямо в мозг попадают.
Александр Гордон. Они недалеки от истины.
Эдуард Зинкевич. Немножко, немножечко не догадались, нашли
некий такой подход. И очень интересно, что в те
времена эксперимент считался беднейшим средством
познания. То есть главное было высказать идею, а
остальные… Презумпция невиновности была у идеи.
Её нужно было опровергать экспериментом. Сейчас
это уже не так. Нужно идею высказывать и иметь дока-
зательство, что и как есть.
Вот как выглядит схема физико-химических мето-
дов. Внизу – собирают летучие вещества, а сверху вид-
но, когда анализируют хронотографически, как выгля-
дит смесь с точки зрения физико-химического анали-
за. Принципиальная разница в том, что орган обоня-
ния анализирует не так, как физики-химики, как мы.
Я физико-химик по своему образованию. Мы смесь
разлагаем во времени. Мы обязательно каждое веще-
ство выделяем и анализируем, то есть смесь у нас
идёт во времени, последовательно каждое вещество.
Нос, имея 108 клеток, где, считается, рецепторов око-
ло тысячи, делает мгновенный анализ, параллельный,
то есть он получает некие обонятельный образ. И я
закончу своё сообщение некой идеей обонятельного
образа, который показал Сальвадор Дали на зритель-
ных образах. Это принципиальное отличие физико-хи-
мического анализа: мы смеси носом интегрируем, то
есть мы мгновенно получаем интегральный анализ, а
физико-химический анализ дифференцирует, он про-
сто разбирает на отдельные компоненты. И поэтому до
сих пор нет больших успехов в области анализа физи-
ко-химическими методами, если сравнить с биодетек-
торами – так называется орган обоняния.
Вот если посмотреть, что животные… Будем гово-
рить о млекопитающих, потому что они ближе к нам:
мы тоже млекопитающие. Так вот, у человека можно
спросить, что он думает о запахе. А когда работают жи-
вотные, мы должны интерпретировать либо их пове-
дение, либо получать электрофизиологические отве-
ты, либо какие-то другие ответы, которым нужно при-
думывать объяснение. С человеком было бы, конечно,
попроще. Но дело в том, что у человека язык обоня-
тельный не развит. Если мы говорим о пахучих веще-
ствах, то у нас абстрактного названия пахучих веществ
как цветов нет. Поэтому мы обязательно запах привя-
зываем каким-нибудь предметам.
Александр Гордон. К источнику.
Эдуард Зинкевич. К источнику, источнику запаха: моча, например,
или цветы, или прочее.
Александр Гордон. При этом я подозреваю, что когда мы с вами го-
ворим «запах розы», мы имеем в виду совсем разные
запахи и определяем, скорее, диапазон того, что вхо-
дит в запах розы, а что нет.
Эдуард Зинкевич. Вы сказали сейчас «совсем разное», и это дей-
ствительно так, потому что, как показали исследова-
ния, мы, люди, индивидуально живём в другом обо-
нятельном мире. И очень интересно. Возьмём меня и
мою сотрудницу. У меня приличный мужской нос у неё
тоже приличный нос, но женский. И оказалось, что по
некоторым веществам она значительно чувствитель-
нее меня, по другим – я чувствительнее её. И оказыва-
ется, если мы готовим смеси в равных количествах, то
мы эти смеси воспринимаем по-разному. А если учиты-
вать пороговые концентрации, это тоже очень важная
вещь, когда оказывается, что люди, нюхая самые ма-
ленькие концентрации, могут их почувствовать и опи-
сать, узнать и прочее то чувствительность у разных лю-
дей на многие порядки отличается друг от друга. И по-
этому смеси, чтобы люди их воспринимали одинаково,
имея разные пороговые концентрации, нужно готовить
соответственно порогам, не весовым коэффициентам,
а совсем другим параметрам. Вот это удалось нам сде-
лать.
Очень интересно, что пороговые концентрации опи-
саны в книжках. Они существуют как физико-химиче-
ские величины, и мне приходилось участвовать в опре-
делении порога в Америке, например, когда за каждое
участие платили 20 долларов. Просто для участия и
своих сотрудников нельзя было привлекать: это центр
исследования химических чувств в Филадельфии. Я,
поскольку был не свой, а посторонний, то тоже уча-
ствовал. И я занял довольно приличное место по сво-
ей чувствительности, по пороговым концентрациям.
А платили, видите, по социалистическому методу, то
есть всем одинаково. И пришло в голову тому, кто про-
водил эксперименты, что если доплачивать за более
низкие пороги, то, наверное, это будет более истинная
цифра. И вот оказалось, что действительно подскочи-
ли цифры на 200%, не у меня, правда. Я работал, прав-
да, не за деньги, я просто повторил свои же данные.
То есть мы на низкой зарплате делаем всё равно то же
самое, что и на высокой. Я просто хочу сказать, что эти
физико-химические данные, которые идут, очень силь-
но зависят от мотивации. То есть у научных сотрудни-
ков, которые работают в такой области, мотивацию, на-
верное, уже труднее поднять деньгами.
Можно следующий слайд. Уже идёт разговор о том,
что люди нюхают так же, как и животные и в состоя-
нии пол особи определить по запаху. То есть без всякой
тренировки можно получить некое представление: вот
это самка, это самец. И мы мгновенно в голове форму-
лируем некую общую идею, почему, по каким призна-
ком, мы не можем сказать но мы умеем отличать одно
от другого. Это очень похоже на музыкальные аккорды.
Если человек без абсолютного слуха, он не может раз-
ложить их на составляющие. Но отличить один аккорд
от другого ничего не стоит. Вот так и здесь.
Я бы хотел сказать, что если определить цель,
смысл жизни у животных или у живых организмов, то
это не что иное, как сохранение во времени генетиче-
ской информации. Иначе говоря, поскольку мы смерт-
ны, нам отведено определённое время, а информацию
надо передать некой особи своего же вида, по край-
ней мере, и противоположного пола. И отсюда вытека-
ет, что по каким-то признакам надо уметь отличать вид
животных, с которым можно спариваться. И вот оказа-
лось, что обонятельные сигналы очень легко позволя-
ют это делать. Пол также легко определить, поскольку
самцы и самки отличаются гормонально. Какие-то гор-
монозависимые вещества женские гормоны зависят от
мужских имеют свои производные, и по этому можно
определить пол. И вот если у нас 4 тысячи видов мле-
копитающих, то достаточно 12 разных веществ у ка-
ждого вида, чтобы закодировать все 4 тысячи видов.
Если определять пол, то для этого нужно всего одно
вещество, например мужское или женское. Его отсут-
ствие будет говорить об обратном. То есть это разбие-
ние всех образцов, которые пронюхивают, на классы,
где классов мало. И самый трудный вариант, это инди-
видуальный запах. Известно, что каждая особь имеет
свой неповторимый индивидуальный запах, который
позволяет с помощью органа обоняния отличать её от
любой другой. У людей это не так хорошо развито, а у
собак это применяется в криминалистике. И очень лег-
ко дрессируют собак, например, дрессирует известный
в нашей стране, в Москве, исследователь Клим Тимо-
феевич Сулимов, который около 30 лет готовил группу
собак для распознавания индивидуума во ВНИИ МВД
СССР, потом России, и сейчас в Шереметьево эти со-
баки работают. Было непонятно, как же можно класси-
фицировать индивидуумов, когда число образцов, ко-
торые надо понюхать и число классов одно и то же. То
есть каждый индивидуум свой. Это сложная проблема,
когда по ДНК отличают индивидуума, и там есть свои
математические методы. А химиков больше всего ин-
тересовало вот что: человек выделяет огромное коли-
чество веществ на любой своей поверхности, тысячи,
десятки тысяч веществ. Какие-то из них, наверное, не-
сут информации об индивидууме, его поле и прочее,
но какого типа эти вещества, как их определять? Ко-
гда делается обычный газохроматографический ана-
лиз, то проводится анализ кислот, к которым мы при-
шли экспериментально следующим образом. Собаки,
когда различают запах, то приблизительно на таком
круге раскладываются 10 образцов индивидуального
запаха – это матерчатая полосочка, которую нужно по-
держать под часами или на теле 20 минут. И достаточ-
но их разложить и дать собаке понюхать, чтобы впо-
следствии она нашла этот образец.
Очень интересно, что при такой тренировке собак
подкармливают. То есть её научают, исходя из любого
участка вашего тела, находить вас по любому друго-
му, то есть, понюхав ладонь, она может найти остатки
волос, или отпечатки пальцев, или ещё что-нибудь. И
вот когда вы знаете решение задачи и подкармливае-
те собаку за правильное решение, это один вариант.
А когда вы сами не знаете решения, она проводит ис-
следование, а вы должны её подкормить, и если она
неправильно определила, а вы её подкормили, то вы
собьёте её настрой. Так вот, Клим Тимофеевич Сули-
мов со своими коллегами придумал следующее – для
меня это просто уникальный вариант. В этом круге, по
которому собака ходит и где неизвестно, где что распо-
ложено, последний образец будет обязательно тот, ко-
торый она запомнила. Если ничего она не нашла, она
всё равно получит подкрепление на последнем образ-
це. Это замечательное решение, потому что многие ис-
следователи не верили собаке. Потому что чисто те-
оретически, когда она решает неизвестную задачу, а
вы её подкармливаете, вы её можете сбить, и так дей-
ствительно происходит. А система, которая разработа-
на у нас с собаками, оказалась хорошей. И вот с эти-
ми людьми мне пришлось немножко поработать. Ока-
залось, что есть разные классы веществ, которые вы-
деляет человек, и среди них есть кислоты. Не те лег-
колетучие, вроде изовалериановой (это запах пота), а
как раз кислоты, которые тяжёлые и мало летучие. Эта
изовалериановая кислота, если использовать анало-
гию с животными, улетает в воздух, как птица, а вот
тяжёлые, скорее, расползаются, как змеи, не улетают,
их нужно собирать с поверхности.
Мы обнаружили, что, если я ваш источник запаха об-
работаю какими-то химикатами, которые кислоты бло-
кируют, они перестают летучими быть, то есть собака
вас не может найти. Я восстанавливаю она находит. Но
это определённые типы собак.
А оказывается, что при условии, когда она не может
по кислотам определять, её можно доучить, и она бу-
дет это делать по другим веществам. Это уже не то.
Вот про индивидуальный запах я, пожалуй, на этом
закончу. Единственное добавлю, что задача, которая
стоит сейчас перед технарями, это создать некое элек-
тронное устройство, некоторую искусственную систе-
му, которая была бы аналогом носа.
Александр Гордон. Причём не нашего, а собачьего, наверное.
Эдуард Зинкевич. Лучше, конечно, собачьего, потому что мы про-
игрываем уже просто по внешним данным, я уже не го-
ворю по внутренним. Но все попытки создания таких
искусственных носов, которые были до сих пор… Это
пишется по аналогии с электронной почтой: e-mail – «enose
», то есть электронный нос. Так вот, это были ско-
рее физико-химические попытки создать новый детек-
тор. А собака реагирует на многие вещества одновре-
менно, иначе говоря, это мгновенный анализ по мно-
гим веществам. А химический анализ проходит по од-
ному веществу. Это совсем не то. И оказывается, что
есть металлические поверхности, которые при присут-
ствии в воздухе определённых веществ, меняют элек-
трические свойства, и это можно фиксировать. Есть
много вариантов, но они не соответствуют всё-таки но-
су. И у нас была попытка (статья опубликована) постро-
ить некие элементы обоняния, то есть построить си-
стему, которая использовала бы элементы обоняния.
Но это оказалась сложная система с некой плёнкой,
которая пропускает некоторые вещества. Но главное
в ней было то, что летучие и пахучие вещества пере-
водили в кванты света, то есть мы занимались визуа-
лизацией запаха. Вот если я вам дам что-нибудь по-
нюхать, вы не сможете по телевизору этот запах пере-
дать. Хотя были какие-то разговоры о том, что это мож-
но сделать, но уверяю вас, это сделать нельзя.
А увидеть, оказывается, некоторые вещества мож-
но. Главным разработчиком был не я, а мой коллега.
Так вот, в темновой адаптации, когда пахучее веще-
ство пролетает в системе, которую мы создали, оно вы-
зывает кванты света, и некоторые вещества вы види-
те, а другие вы не видите. И оно может в виде букв,
цифр фиксироваться. Это «odour visualisation», как мы
назвали, «визуализация запаха». Это, действительно,
увлекательная область.
Но наиболее интересны варианты с молекулой ан-
дростенона. Химикам это было бы очень понятно, это
стероидная структура. Впервые это вещество было
опубликовано в 42-м году уже лауреатом Нобелевской
премии Прелогом. Он из семенников хряка, самца сви-
ньи, выделил некое вонючее вещество, которое он
описал таким образом: оно имеет запах, как будто в со-
суде долго стояла моча. Так это было описано на не-
мецком языке. Но потом статья была забыта. И в 50-
е годы Паттерсон в Англии переоткрыл это вещество.
Задача у него была такая: запах самцов свиньи име-
ет неприятный оттенок, из-за которого мясо приобре-
тают нетоварный вид и не нравится женщинам. И не-
льзя ли узнать, что это такое, и что-то придумать. И
обнаружилось, что этим запахом обладает подчелюст-
ная железа, то есть не та слюна, которая течёт в рот, а
некое густое, имеющее очень неприятный запах веще-
ство. Он заново открыл это вещество, которое имеет
сложное химическое название, но его просто называ-
ют «андростенон». Структурно он очень похож на муж-
ской половой гармон, хотя отличается немножко. Но
особенность заключается в том, что это вещество не
имеет никаких гормональных свойств. А оказалось, что
запах хряка, если дать его свинье в определённом со-
стоянии, когда она готова к спариванию, у неё вызы-
вает позу неподвижности. И вот тут было замечено, и
был взят патент, что это вещество можно использовать
для животноводства, при искусственном осеменении,
чтобы выявлять тех свиней, которым можно делать ис-
кусственное осеменение.
Я впервые встретился с этим веществом на «кру-
глом столе» в Швеции; один немец, Гюнтер Олоф, при-
вёз аэрозоль с этим веществом. Он уже кое-что знал,
и поэтому, когда остались одни мужчины, он им брыз-
нул, говоря, что это вещество мужчины не чувствуют.
Я в этот момент прекрасно своим носом пользовался.
И когда он сказал «мужчины не чувствуют», я про се-
бя ухмыльнулся, но действительно, мы ничего не чув-
ствовали. В этот момент зашла женщина, она схвати-
лась за нос, закрыла его, и у неё были просто испу-
ганные глаза. Меня жутко заинтересовало вещество. Я
выклянчил немножко у Олофа, и когда приехал к себе,
мы тут же его синтезировали. И действительно, удиви-
тельно, это вещество мужчины на 80% не воспринима-
ли, то есть они его просто не чувствовали.
Ответ одного моего коллеги был следующий. Я дер-
жал два пузырька, один из которых был пустой, а дру-
гой с этим веществом; потом дал ему понюхать пу-
стой, спросил, чем пахнет, на что он ответил: «Ничем
не пахнет». Когда я спросил, чем пахнет пузырёк с ве-
ществом, он ответил: «Ещё более ничем не пахнет».
Такой вот замечательный ответ.
А женщины отпадали. Парфюмерша, которую я дол-
го уговаривал, Алла Григорьевна Дельфер, интуитив-
но очень не хотела нюхать это вещество. Чтобы она не
узнала этот запах, пузырёк был закрыт пробкой, я дер-
жал его в фольге, чтобы она не чувствовала. И когда я
всё-таки настоял – мы в хороших отношениях были –
она, даже не открывая, вот так поднесла его к себе. У
неё навернулись слёзы на глазах и сел голос. «Ты что
наделал?» – спросила она. То есть у неё сел голос.
Моя сотрудница начала стучать кулаками, когда по-
нюхала. У неё была агрессивная реакция: «Надо пре-
дупреждать!» Но я предупредил, что вещество плохо
пахнет. Это странное вещество, которое приписывает-
ся грязному телу, я дал понюхать барану. Вот это моя
рука, и вот посмотрите, его реакция будет на следую-
щем рисунке. Вот он понюхал, и вот, это «флемен» на-
зывается, то есть у него открывается пасть, он загиба-
ет губу и стоит с таким дурным видом, то есть чувству-
ет это вещество. Это вещество хряка, которое, как ока-
залось, мы, люди, то есть, извиняюсь, мужчины выде-
ляем тоже. И женщины знают, что мы его выделяем,
потому что они нас отличают по нему.
Но странность заключалась в том, что женщинам это
вещество не нравится, хотя они осознают, что это за-
пах мужчины. Чисто биологически этого быть не долж-
но же?
Александр Гордон. Наоборот должно быть.
Эдуард Зинкевич. Да, наоборот. И одна из наших коллег очень хо-
рошо мне это объяснила. Один на один, но я поделил-
ся и делюсь теперь со всеми мужчинам или женщина-
ми, чтобы понять, почему это такие разные ощущения.
Она сказала, что это выглядит так, будто вас хватают
сильной рукой за волосы, суют в таз с говном, прости-
те, оно лезет вам в глаза, в рот и в нос и оказывается
сладким. То есть это вот двойное такое восприятие.
Александр Гордон. Кошмар.
Эдуард Зинкевич. Когда мы это услышали, я сказал моей лучшей
коллеге Варваре Сергеевне Васильевой, которая без-
укоризненно нюхает и у которой суровым лицо стано-
вилось при этом веществе: «Может быть, это созна-
тельно так, а бессознательно ты будешь чувствовать
его как хорошее вещество? Вот хорошо бы тебя в гип-
нозе или во сне об этом спросить».
Пока мы это обсуждали, американцы провели кра-
сивый эксперимент, я порадовался за них. Они взяли
студенток психологического факультета, объявив им,
что они должны будут нюхать вещества и что для это-
го нужно проверить, здоровы они все или нет. Всё это
было подстроено: отобрали тех женщин, которые чув-
ствовали этот запах крайне неприятным, их посадили
к стоматологу, сказав, что при проверке оказалось, что
у них у всех больные зубы, им придётся сверлить зу-
бы. И вот эксперимент заключался в том, что когда они
заходили в зубной кабинет, там стояло два кресла: од-
но было с этим отвратительным запахом мужчины, а
второе либо чистое, либо там варьировался запах. И
оказалось, что студентки, которые сосредоточены бы-
ли на том, что сейчас будет больно, бессознательно
садились всё-таки в то кресло, где был запах мужчины,
как бы бессознательно ожидая подстраховки, защиты
от мужчины. Вот такой эксперимент, который показал,
что всё-таки, действительно, двойное такое восприя-
тия этого запаха у женщин.
Мужчины иногда тоже чувствуют этот запах, но это
никак не сказывается ни на чём. Но одна моя коллега,
которая понюхала этот запах в присутствии женщин,
которые отпадали от него, отмахивались, сжав зубы,
сказала мне: «Мне стыдно, но мне этот запах нравит-
ся». Она честно призналась. То есть существует раз-
ное восприятие, и непонятно, как оно воспитывается.
Обоняние в отличие от зрения и слуха имеет, в общем,
очень большую разницу. Она заключается в том, что
обонятельные клетки нам даны не на всю жизнь; это
не судьба, а нервные клетки, которые не восстанавли-
ваются, как мы знаем. Так вот, обонятельные клетки,
как подтверждено уже лет 20, живут всего 40 дней, по-
добно тому, как мы отмечаем 40 дней смерти кого-то.
И оказывается, что эти клетки не рождаются уже на-
строенными на какие-то вещества, не все, по крайней
мере, клетки. Наверное, какие-то клетки могут настра-
иваться.
И вот я был, наверное, первый в мире, который, сна-
чала не чувствовал запаха андростенона, а потом на-
чал воспринимать его, хотя я его, по данным моих со-
трудниц, не выделял. Некоторые мужчины, с их точ-
ки зрения, весной начинают пахнуть этим веществом,
а некоторые всегда им пахнут. И работая больше ме-
сяца с этим веществом, я вдруг прозрел, я стал его
воспринимать. Статью писать, основываясь на одном
этом факте, на собственном опыте, нельзя, но это бы-
ло очень интересно, и мой коллега доложил об этом во
Франции, где просто не поверили этому. Ведь мы тогда
знали, что клетки даются раз на всю жизнь, и ты уми-
раешь с ними. Но американец Чак Вайсоки сделал не-
зависимое исследование и тоже обнаружил, работая
с этим же веществом, что да, действительно, можно
научить людей его воспринимать, и опубликовал ста-
тью, где статистически было подтверждено, что мож-
но, что это не судьба, это я интерпретирую, говоря «это
не судьба», если вы не чувствуете некоторые запахи,
их можно научиться распознавать.
Очень интересно оказалось действие этого веще-
ства на женщин. Оказалось, что часть женщин всё-та-
ки не чувствует вещество, а часть чувствует. Теперь,
если тем, которые его чувствуют, дать хотя бы один
раз понюхать это вещество, то это влияет на их по-
ловую цикличность. И если пахнет этим веществом в
определённую фазу, до овуляции, то цикл уменьшает-
ся. Если после овуляции – удлиняется. И мне захоте-
лось поиграть в следующее. Вот те женщины, которые
не чувствуют это вещество, а может быть, я смогу вли-
ять на их цикличность? Тогда я бог для них, они не вос-
принимают это вещество, а я смогу влиять на их фи-
зиологию. Но вот оказалось – нет, природа сделала та-
ким образом, что те, которые воспринимают это веще-
ство, на их цикличность оно влияет, а на остальных нет.
То есть это такая защитная реакция.
А вот что стало со мной, когда я стал ощущать
это вещество я не скажу, что оно неприятное. Ну, оно
тяжёлый какой-то запах имеет. Но когда я перестал ра-
ботать с веществом, я перестал его чувствовать. А моя
чувствительность возросла не просто там на 10%, а на
три порядка, это по другим веществам.
Это вещество имеет уникальным запахом. Писали,
что это особое вещество, и мы стали решать класси-
ческую задачу химии запахов. Зависимость запаха от
строения. Эта проблема не решена просто никак, пото-
му что в носу есть тысяча рецепторов, они восприни-
мают разные вещества с разной чувствительностью, и,
какое вещество ни возьми, люди по-разному его вос-
принимают, то есть это бесконечная, нерешаемая за-
дача. Так оно и получилось.
Но химически многие вещества имеют свободное
вращение. Если я разорву эту цепь, как в природе
и происходит, то вещество получается нефиксирова-
ным. А судьба подкидывает химикам вот такую жёст-
кую структуру, которая не имеет никаких изомеров,
конформеров, ничего такого, вот только оно одно. И
мне показалось, что здесь, наверное, можно попробо-
вать решить эту сложную задачу: как зависит запах от
строения. И мой вопрос как химика был такой: «Ну что,
все 42 атома нужны для того, чтобы у меня возникло
ощущение запаха? Или не все?»
И мы делали следующим образом. Какие-то долж-
ны быть лишние атомы. Вот мы оборвали эту часть. И
создали несколько молекул, где главными оказались 2
цикла, первый и второй, а этот цикл не существовал. И
оказалось, что да, всё равно, если оставить остальные
участки, то эти молекулы имеют такой запах. В конце
концов, мы дошли до самого минимума. Впервые было
сделано следующее: мы взяли два отдельных веще-
ства, которые отражали нужные молекулярные участ-
ки узнавания, и сделали два разных вещества, кото-
рые ничего похожего не имели с этим мужским запа-
хом, будем так говорить, пота. И тогда я дал одной из
лучших моих нюхательниц на фильтровальной бума-
жечке одно вещество и спросил: «Пахнет?» Она гово-
рит: «Нет, вам не повезло, сегодня вы не синтезирова-
ли такое вещество». – «А вот это?» «Тоже нет». И я
на её глазах вот так две фильтровальные бумажечки
сложил, она понюхала, и у неё округлились глаза. Она
говорит: «Моча, как это может быть?»
Мы проникаем в следующее: пахучее вещество,
если оно имеет жёсткую структуру, содержит опре-
делённые атомы; и их немного – из 42, оказалось, нуж-
но, чтобы в трехмерном пространстве отдельные ато-
мы стояли в нужном месте. И когда на молекулярный
рецептор это белок, который предназначен именно для
этой молекулы попадает молекула нужным участком,
тогда возникает этот запах. И в результате происходит
прорыв, я бы сказал, в этом узком месте, потому что
большинство молекул нежесткие, они все болтаются.
И поэтому невыразительные такие запахи, и поэтому у
нас нет чёткой классификации запахов. Потому что од-
на и та же молекула возбуждает не одну клетку, не один
рецептор, она имеет множественное возбуждение.
И поэтому с трудом может решаться эта проблема. Я
знаю, что при моей жизни она не будет решена. Я обо-
нянием занимаюсь с 55-го года, скоро уже будет мно-
го лет. И надеюсь, что мне ещё останется много чего
узнать в этой части.
Хочется сказать следующее. Когда классическими
химическими подходами, которые исповедую и я, пы-
таются найти биологически активное вещество в ка-
кой-то смеси, то поступают так. Вот, например, лекар-
ственное растение, имеет свойство лечить такую-то
болезнь, но там тысячи веществ. И чтобы найти вот то
основное вещество, остальные надо убирать методом
вычитания, и в конце концов мы его находим. Но мы
отбрасываем все остальные части.
Но вот мы исследовали половую реакцию хомяка на
самку. Мой коллега Алексей Васильевич Суров поло-
жил много лет на эти исследования. Самка выделяет
некие вещества, которые привлекают самцов и заста-
вляют, вынуждают его заниматься половым поведени-
ем.
Американцы попытались установить, что это такое.
И нашли одно большое вещество, это демитилдисуль-
фид, тухлые яйца приблизительно так и пахнут. И ока-
залось, что самцы интересуются этим веществом, но
полового поведения не проявляют, когда этим веще-
ством помазать там самку или модель какую-нибудь. И
мы, занимаясь этим, ждали, когда же американцы за-
кончат работу, но они как-то приостановились. А мы,
используя человеческий нос, на хромотографе делили
всю эту смесь, которую выделяет самка, и, по наше-
му ощущению, там было много этих веществ, противно
пахнущих тухлыми яйцами.
В конце концов, американцы эту проблему не реши-
ли. Потому что этих веществ очень мало, а прибор с
его физико-химическими методами не фиксировал эти
вещества, потому что чувствительность прибора где-
то нанограммы. А нос – это чувствительность 10 в ми-
нус 15-й, то есть на 6 порядков выше. То есть носом
мы сумели почувствовать, что есть эти вещества, серо-
содержащие, и доказали, что это поведение, действи-
тельно, определяется серосодержащими веществами.
И после этого мы сделали следующее: был набор
серосодержащих веществ, где-то 20 штук, и мы так, на
удачу, на счастье, решили, а что если помазать самку
вот таким веществом, будет ли самец чувствовать его?
И оказалось – да. Вот эта искусственная смесь из 20
веществ вызывает настоящее половое поведение на
механическую модель.
Был ещё более трудный вариант: если помазать
усыплённого самца, то начинается агрессивная реак-
ция сходу на самца, и самка переходит в некие попыт-
ки полового поведения.
И вот тогда мы стали эти вещества делить: какая де-
сятка будет действовать? В конце концов, очень бы-
стро мы пришли к следующему удивительному выво-
ду: ни одного вещество порознь не будет действовать,
то есть нужно, как минимум, три вещества. Комбина-
ция из трех веществ. Это говорит о том, что этот образ
обонятельный Это совсем не то, что необходимо одно
вещество, которое будет действовать безукоризненно.
И мы нашли вот эти три разветвлённых вещества. При-
чём крайнее правое, если вы посмотрите, это веще-
ство, к которому люди наиболее чувствительны. Это
рекордсмен, который мы, люди, чувствуем приблизи-
тельно в концентрации 10 в минус 15 так, как и собаки
с теми веществами, по которым они нас различают. То
есть мы не проигрываем по чувствительности к этому
веществу таким знаменитым нюхателям, как собаки.
Но понятно когда узнаётся самка по этим веще-
ствам: определяется её репродуктивное состояние,
что можно с ней спариваться. А есть ещё дополнитель-
ный вомероназальный орган, о котором я пока не го-
ворил, потому что тут однозначных ответов нет. Есть
релизор-феромоны. Это те, которые сразу вызывают
изменение поведения; и праймер-феромоны, которые
долго меняют физиологическое состояние.
Андростенон оказался и тем, и другим. Он вызыва-
ет позу неподвижности у свиньи, и в то же время он
синхронизует половые циклы, то есть он даёт и вну-
треннее изменение. Непонятно, как это происходит.
Ясно, что через мозг может быть такой подход, когда
пахучее вещество попадает на обонятельную клетку;
электрические ответы идут от разных клеток, и мозг
принимает решение и управляет. Но известен и такой
фактор, как гематогенное обоняние. Если вам колют
в вену какое-то пахучее вещество очень быстро, то
через несколько секунд вы начинаете чувствовать его
запах. Несколько попыток объяснения заключаются в
том, что здесь вещество либо идёт через лёгкие и мы
сразу нюхаем либо попадает прямо в кровь. И вот это
ужасный вариант, потому что здесь же мы имеем де-
ло с клетками мозга. Значит некоторые вещества, ко-
торые очень опасны, например диоксин, могут попа-
дать через органы обоняния в кровь? И подтвержде-
но некоторыми экспериментами следующее: если кры-
сы, которые находятся в атмосфере диоксина (это ве-
щество, которое не выводится, организм его не узна-
ет, оно только накапливается и портит нашу иммунную
систему), то оказалось, когда их забивают (в острых
опытах) и смотрят, где накапливается это вещество, то
оказалось, что, главным образом, в печени, которая у
нас всегда нейтрализует всякие ядохимикаты, а вто-
рое, оказалось, – в обонятельном мозге.
Это означает, что есть прямой вход: то ли это транс-
порт через обонятельные клетки, или между клетка-
ми проходит, или прямо в кровь. Кровеносная систе-
ма очень здорово распространена в носовой области,
поэтому многие вещества могут непосредственно вли-
ять на физиологическое состояние. И, действительно,
нужно об этом думать.
Александр Гордон. У меня, простите, вопрос вот какой. А женщины,
или самки хомо сапиенс, они выделяют нечто, похожее
на то вещество, которое вы назвали «мужским потом»
или этими выделениями хряка?
Эдуард Зинкевич. У животных – да, у женщин – мы ищем и пока
не нашли. Я верю в симметрию, не может быть такого,
чтобы не было. Одно время писали, что нашли у обе-
зьян. Этим занимался Майкл, такой известный иссле-
дователь, очень много сделавший в области полового
поведения. И вот писали, что будто бы выделили у обе-
зьян из соответствующих органов низкомолекулярные
кислоты, которым приписали качества женского феро-
мона, который привлекает мужчин. Мы в своём коллек-
тиве, когда статью посмотрели, просто пожали плеча-
ми, потому что контроля не было. Я говорю: «Да возь-
мите любую другую кислоту! Обезьяны находятся в за-
мкнутом пространстве, у них так мало разнообразия,
что, если вы добавите любое что-то новое, будет, в том
числе, и половая реакция».
Ну, вот мы так поговорили, а потом выходит статья
Голдфуда, в которой пишется, что это плохая поста-
новка подобного рода экспериментов, но не ссылаясь
на статью Майкла. И когда я своих знакомых спраши-
ваю, в чём же дело, мне отвечают: «Ну, не может же
он ссылаться, он ученик Майкла»… То есть в настоя-
щее время мы не знаем тех веществ, которые могут
влиять аналогично на мужчин, как андростенон влия-
ет на женщин. Но что он привлекает другой пол, этот
андростенон, и то, что его добавляют уже в духи и ре-
кламируют как…

Материалы к программе


Из статьи Э. П. Зинкевич, В. С. Васильевой «Химическая коммуникация млекопитающих: молекулярные подходы»:
Химическая коммуникация животных осуществляется с помощью феромонов — обонятельных сигналов — в основном летучих компонентов различных экскретов, кодирующих информацию о постоянных характеристиках особей и их состояниях, информацию, необходимую для сохранения жизни вида. Как правило, такие сигнальные вещества распространяются в воздушной среде и воспринимаются специализированными клетками-рецепторами основной обонятельной системы и дополнительных хеморецепторных систем (вомероназальной, общего химического чувства, вкусовой и др.). В химической коммуникации, в отличие от оптической и акустической, часто связанных с изучением обмена сигналами у особей в режиме диалога, исследуют, как правило, влияние обонятельных сигналов на поведение или состояние животных (по классической схеме «стимул — реакция»). Существенное отличие этой формы коммуникации от оптической и акустической состоит в том, что обонятельный сигнал может быть описан как дискретный знак в виде молекулярных структур и искусственно воссоздан.
Поведение млекопитающих как ответ на внешние стимулы не жестко детерминировано, и получение однозначных и хорошо воспроизводимых реакций на обонятельные сигналы требует учета значительного набора параметров. Тем не менее к настоящему времени для сотен видов млекопитающих получены надежные данные о значимости обонятельных сигналов в таких важных аспектах жизнедеятельности, как социальная организация, репродукция, взаимоотношения мать — детеныш и др. Запахи играют решающую роль в территориальном, половом, материнском поведении: стимулируют или снижают агрессивную реакцию, замедляют или ускоряют половое созревание, удлиняют или укорачивают половую циклику, синхронизуют ее, блокируют беременность на стадии имплантации, вызывают ложную беременность и т.д. Обонятельные сигналы ответственны за узнавание индивидуумов, пола, принадлежности к своему виду или виду хищника, физиологического состояния. Факторы, описываемые как «социальный стресс», «социальные взаимодействия», «внутривидовой конфликт», «социальное давление» решающим образом влияют на численность популяции и определяются сигналами разной природы, в том числе и химическими.
К настоящему времени показано множество эффектов влияния обонятельных сигналов на ЦНС, нейро-гуморальную и эндокринную системы многих видов млекопитающих, которые описываются как изменение физиологического состояния и поведения животных. Ключевыми и нерешенными проблемами химической коммуникации млекопитающих остаются химическая природа обонятельных сигналов млекопитающих, механизмы их узнавания и действия. Наши исследования молекулярных основ химической коммуникации млекопитающих имеют целью понимание механизмов изменения поведения животных и их физиологического состояния под воздействием естественных химических компонентов выделений животных, а также искусственно созданных аналогов. В связи с этим разрабатывались теоретические модели, позволяющие прогнозировать изменение поведения и состояния животных при воздействии обонятельных сигналов в контролируемых условиях. Для построения достаточно полной и непротиворечивой модели системы химической коммуникации необходимо установить химический состав летучих компонентов (и их предшественников) выделений животных, их происхождение и основные источники; выявить информативные признаки в составах летучих компонентов; определить границы соответствия инструментальных и сенсорных методов анализа смесей и индивидуальных веществ; выявить в составе выделений животных компоненты, необходимые и достаточные для изменения поведения или физиологического состояния особи; расшифровать химический код обонятельных сигналов; изучить молекулярные механизмы узнавания обонятельных стимулов и обонятельных сигналов; создать стандартные искусственные обонятельные стимулы для их использования при изучении физиологических механизмов их действия.
Обонятельные сигналы (феромоны) млекопитающих — это компоненты выделений, необходимые и достаточные для изменения физиологического состояния животных и их поведения. Экспериментальные исследования основываются на положении о том, что любые свойства молекулы являются функцией ее химического строения, описываемого пространственной химической формулой, а обонятельные свойства — топологическими параметрами вещества по крайней мере для соединений с жестким (например, стероидным) углеродным скелетом. В настоящее время не известно, какие конкретно параметры молекул летучих веществ (в том числе и феромонов) определяют их способность возбуждать обонятельные клетки.
Химический состав выделений млекопитающих. Выделения млекопитающих — многокомпонентные смеси веществ практически любых классов органических соединений. Их концентрации могут отличаться друг от друга на многие порядки, а химический состав — сильно варьировать в зависимости от типа экскрета, места взятия пробы, вида, пола, индивидуальности и состояния особи, ее диеты, состава микрофлоры и т.д. При этом обычные методы сравнительного физико-химического анализа не позволяют выявить специфические для той или иной группы животных летучие компоненты. Также не были определены общие для разных групп или состояний компоненты, которые были бы информативными благодаря преобладающим концентрациям.
Запах и распознавание вида. Распознавание принадлежности особи к своему виду представляется важнейшим этапом в поведении млекопитающих, предваряющим индивидуальные контакты между животными. Способность распознавать принадлежность к своему виду — одно из необходимых условий существования вида и поддержания его оптимальной численности. Обонятельные сигналы играют существенную роль у млекопитающих в этом распознавании, однако химическая природа подобного рода сигналов практически не известна. С использованием хроматографических методов исследования секретов специфических кожных желез более 30 видов представителей пяти отрядов млекопитающих было установлено, что для каждого вида, а иногда и подвида, характерен свой набор групп компонентов. Хроматограммы, характеризующие групповой состав секрета, хорошо воспроизводятся для половозрелых животных внутри вида, независимо от пола, индивидуума, физиологического состояния, сезона, географической зоны и др. Это свидетельствует о том, что уже групповой состав (без разделения на индивидуальные компоненты) содержит информацию о виде млекопитающих.
Экспериментально было также показано, что животные могут определять принадлежность особи к собственному виду по комплексам обонятельных сигналов экскретов: у домовых мышей — по комбинации рН-зависимых и нейтральных веществ мочи, у серой крысы — по рН-зависимым веществам — определенным аминам, нейтрализованным низшими жирными кислотами, у золотистого хомячка — по легко летучим серусодержащим соединениям. Это свидетельствует о том, что феромоны, в данном случае — обонятельные сигналы, по которым грызуны распознают принадлежность к собственному виду, могут быть сложными смесями веществ — «обонятельными образами», содержащими компоненты, которые необходимы, но недостаточны без наличия других веществ для распознавания образа.
Запах и распознавание пола. Очевидно, что специфичными по полу являются компоненты выделений органов, которые существуют только у одного пола (у самцов это препуциальные и другие специфичные кожные железы, у самок — специфические кожные железы и вагина). Обычные кожные железы также могут содержать полоспецифичные химические компоненты. Так, качественный групповой состав секрета межпальцевой железы северного оленя самцов и самок идентичен, а половые различия были обнаружены в составе секрета тарзальной железы (качественные и количественные различия). Секрет подхвостовой железы у половозрелых самок и самцов выхухоли различается по количеству алифатических насыщенных и ненасыщенных пропилкетонов (качественный состав их одинаков). Этот признак можно использовать для определения пола.
Тест «продолжительность исследовательской реакции» самцами серой крысы обонятельных сигналов самок показал, что для распознавания пола и состояния эструса у самок своего вида необходимо и достаточно наличие в изучаемом образце кислот мочи. Также по кислотам самцы серых крыс различают пол особей не только у своего, но и у близкого вида — черной крысы. Аналогичным образом самки серых крыс различают пол сородичей.
При исследовании обонятельных сигналов мочи эстральных самок собак выяснилось, что самцы узнают самку по запаху рН-зависимых компонентов.
Вагинальные выделения самок золотистого хомячка вызывают у самцов половое поведение, даже если они нанесены на механическую модель. Методом химического вычитания мы установили, что необходимыми и достаточными компонентами в таком поведенческом тесте являются серусодержащие летучие компоненты, идентифицировать состав которых инструментальными методами не удавалось из-за низкого их содержания в выделениях (даже при увеличении их концентрации на 1–2 порядка).
Запах и узнавание индивидуумов. Взаимоотношения животных, в особенности формирование и поддержание социальной структуры сообществ, основаны на индивидуальном распознавании особями друг друга. Основополагающую роль в этом должны играть обонятельные сигналы, способные (в виде пахучих меток) не только длительно сохраняться, но и восприниматься в отсутствие оставившей их особи и даже в полной темноте. Способность распознавания индивидуумов по запаху является ключевой в общении конспецификов. Если химическая природа обонятельных сигналов видовой принадлежности, пола, стадий полового цикла или агрессивности для некоторых видов установлена, то данные о химическом составе обонятельных сигналов, позволяющих животным узнавать друг друга «в лицо», в настоящее время только начинают накапливаться.
Можно выделить два крайних варианта кодирования информации химическим составом: качественное (присутствие или отсутствие определенных компонентов) и количественное (разные соотношения одних и тех же компонентов), а также различные сочетания этих двух вариантов.
Из анализа данных химической коммуникации млекопитающих следует, что каждая особь имеет собственный обонятельный образ, который создается у другого животного в результате анализа и синтеза обонятельной системой летучих компонентов выделений. Возможность индивидуального распознавания по запаху определяется наличием инвариантных признаков, характерных для любой особи, наличием системы запоминания этих признаков и алгоритмов сравнения, позволяющих находить разницу между запоминаемыми признаками и набором предъявляемых.
Наиболее вероятно, что химический образ индивидуума — это большой набор значимых компонентов (сотни, тысячи), многие из которых являются общими для всех индивидуумов, но имеют широкий диапазон различий как в абсолютных концентрациях так и в количественных соотношениях, а некоторые — специфичны. При этом заранее не известно, какие компоненты или какой диапазон их концентраций является инвариантным для конкретной особи.
Результаты экспериментов по обонятельному различению особей своего вида серыми крысами показывают, что крысы способны обнаружить запах конкретного индивидуума, на который предварительно был выработан условный рефлекс, в смеси запахов других особей. Однако если количество индивидуальных запахов в смеси превышало 7, крыса не могла выявить конкретную особь.
Собака — редкий по доступности и изученности вид, для которого твердо доказано, что она запоминает и узнает индивидуумов (не конспецификов) по их обонятельным сигналам. Собака к тому же оказалась единственным видом, способным решать идентификационные задачи на протяжении всей своей жизни. Была разработана универсальная методика высокодостоверной идентификации индивидуумов по их пахучим следам в условиях лаборатории, позволяющая максимально избегать ошибки «второго рода» — неверного узнавания.
Каждый индивидуум регулярно выделяет в окружающее пространство тысячи веществ различной химической природы, концентрации многих из которых превышают пороги обонятельного восприятия собак. Для понимания процесса индивидуального распознавания собаками людей по их пахучим выделениям и использования этого феномена в практике необходимо знать, как минимум, классы химических соединений, по которым осуществляется идентификация.
Экспериментально было показано, что специально тренированные собаки легко узнают запах индивидуума (человека) независимо от того, какие выделения взяты для запоминания — смыв с поверхности кожи или кровь — и по какому из этих образцов происходит узнавание. Следовательно, эти образцы выделений содержат одинаковые компоненты, по которым и происходит идентификация.
На основании данных химического анализа пахучих компонентов выделений млекопитающих, а также многолетнего опыта хранения источников индивидуальных запахов, мы пришли к выводу, что информативными компонентами для создания индивидуального обонятельного образа, стабильными во времени на воздухе, могут быть липиды с молекулярной массой до 400, в частности органические кислоты. Эксперименты, проведенные на собаках, тренированных и постоянно используемых в обонятельной идентификации людей, показали, что действительно липиды выделений человека наиболее важны для подобного распознавания индивидуумов. Было также установлено, что именно фракция кислот ответственна за это распознавание, по крайней мере у некоторых собак. Собаки-реципиенты находят заданный им индивидуальный запах человека в кислотной фракции его выделений, состоящей в основном из алифатических кислот, и не обнаруживают заданного запаха в нейтральной и основной фракциях.
Принимая во внимание, что высшие жирные кислоты — это продукты клеточного метаболизма, обусловленного наследственностью, можно считать, что и запах индивидуума — генотипичен. Будучи конечными продуктами распада белков и липидов, эти кислоты устойчивы к дальнейшему окислению в воздухе, хорошо сохраняются в следах жизнедеятельности организма, что, вероятно, и обеспечивает постоянство диагностических признаков индивидуального запаха во времени. По сравнению с другими пахучими веществами высшие жирные кислоты воспринимаются собаками в предельно низких концентрациях. Пока еще нет прямых доказательств существования единого принципа кодирования индивидуального запаха у всех наземных позвоночных; индивидуальный запаховый код еще не расшифрован. Но косвенно на это единство указывает легкость распознавания индивидуальных запахов у представителей разных таксонов. Так, собаки-реципиенты, подготовленные для узнавания человека по запаху, легко переходят к узнаванию особей видов, филогенетически далеко отстоящих как от человека, так и друг от друга (например, травяная лягушка, серая крыса, голубь, тигр и т.д.).
Наборы алифатических кислот в пахучих следах индивидуума кодируют как его персональные, так и групповые признаки, в частности нормальные и патологические физиологические состояния, подвидовые, популяционные, региональные и другие характеристики.
В настоящее время, хотя известна высокая чувствительность обоняния собак к определенным веществам, остается выяснить: 1) какие конкретно вещества используют собаки для опознавания человека; 2) что является информативным признаком такого опознавания — различные вещества или различные концентрации одних и тех же веществ, т. е. качественный или количественный состав пахучих выделений человека или и то и другое одновременно или последовательно (каков алгоритм узнавания информативных признаков?). Более того, если индивидуальных различий в пахучих компонентах выделений людей множество, то не известно, насколько различаются индивидуальные информативные признаки, которыми пользуются разные собаки после выработки у них условного рефлекса на запах одного и того же индивидуума. Т.е. используют ли разные собаки один и тот же или различный набор компонентов для идентификации индивидуумов?
Наши эксперименты по нахождению специально тренированными собаками запаха заданного индивидуума в искусственно приготовленных смесях индивидуальных запахов десятка людей (контролируемые условия) подтвердили представления о том, что для собаки заданный индивидуальный запах не маскируется запахами десятка других индивидуумов. Среди множества смесей индивидуальных запахов людей собака легко находит ту, к которой примешан искомый запах. Это может означать, что по крайней мере в подобных усложненных условиях индивидуального распознавания у собак, как и у крыс, функционирует система запоминания-распознавания индивидуального запаха человека либо по качественным отличиям в составе его пахучих выделений, либо концентрация информативных компонентов конкретного индивидуума на порядки превышает таковую других индивидуумов.
Мы изучали способность собак, тренированных на распознавание индивидуальных запахов людей, запоминать и распознавать искусственные трехкомпонентные смеси, составленные из пальмитиновй, стеариновой и олеиновой кислот в различных количественных соотношениях. Эти кислоты — основная составная часть триглицеридов жира млекопитающих, т. е. обязательно присутствуют у всех индивидуумов. Кроме того они содержатся в выделениях кожного покрова человека.
В результате проведенных экспериментов установлено, что собаки, имеющие опыт узнавания обонятельных сигналов, индивидуализирующих человека, без специальной дополнительной дрессировки на органические кислоты способны запоминать трехкомпонентные смеси высших жирных кислот и находить дубликат образца, который запоминался ими на старте.
Даже при незначительной разнице в содержании каждой из трех кислот в анализируемых образцах (соответственно 60:20:20 и 66,7:16,7:16,7%) собака безошибочно их различала. Такая способность более похожа на распознавание «букета» по интегральной оценке его слагаемых: поскольку каждый из дифференциальных признаков отличается незначительно, для высокодостоверного распознавания обонятельного образа, вероятно, необходимо суммировать эти отличия. Крайне низкие концентрации определяемых веществ и легкость, с которой собаки справлялись с новой для них экспериментальной задачей, свидетельствуют о наличии у собак специализированных обонятельных рецепторов для распознавания олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот. Количественное содержание этих кислот может являться одним из информативных признаков (однако, вероятно, не главным при анализе смешанных индивидуальных запахов) для идентификации собаками людей с помощью обоняния. Ни инструментальный, ни сенсорный анализ человеком таких искусственных смесей не позволяет их детектировать и, следовательно, различать из-за столь малого содержания веществ. Контролем состава подобных смесей в настоящее время является только сам метод их приготовлении.
Экспериментально было установлено, что индивидуальный запах у незрелорождающих животных, например серых крыс, появляется не сразу, а через определенное время — на 10–12-й день от рождения.
Влияние обонятельных сигналов на физиологическое состояние и поведение. Обонятельные сигналы — одни из наиболее действенных стимулов. Через ЦНС они быстро изменяют различные формы поведения и более медленно через гипоталамо-гипофизарную систему влияют на физиологическое состояние. Так, определенные обонятельные стимулы, особенно при соответствующей ритмической подаче, могут существенно влиять на половое созревание и на овариальную циклику млекопитающих.
При изучении возможности регуляции наступления первых эстральных циклов у ювенильных самок серой крысы под воздействием обонятельных сигналов самцов впервые обнаружены достоверная синхронизация наступления первых эструсов и увеличение числа самок, у которых открытие влагалища совпадало с наступлением эструса, что происходило при ритмическом (с периодом 8 суток) воздействии обонятельных сигналов.
Ряд исследователей в добавление к стандартным методам эффективно использовали обонятельные стимулы для отлова некоторых видов грызунов. Влияние обонятельных стимулов на организм, как на биологическую систему, зависит от его физиологического состояния. Так, например, овариальный цикл отражает состояние системы и является результатом взаимодействия многочисленных ритмических процессов, которые характеризуются амплитудой, частотой, степенью равновесности, их внутренней синхронизацией или десинхронизацией. Накопление знаний об изменении этих параметров под воздействием стандартных обонятельных стимулов открывает новую эру в понимании динамической организации биологических систем.
Таким образом, молекулярные подходы в исследовании химической коммуникации млекопитающих позволили приблизиться к пониманию механизмов химической коммуникации как на уровне молекул, так и на уровне клеток, органов, организмов и сообществ. В результате этих исследований были построены первые модели коммуникативного процесса.
Качественные хемосемантические модели основаны на соответствии между дискретными химическими признаками обонятельного сигнала и смысловыми единицами и позволяют осуществить новый информационно-семантический подход к решению таких задач как установление семантической структуры сигнала, определение отношений между семантическими знаками, определение специфики химического кода и его места среди других семиотических систем, установление эволюционных закономерностей химического кода и др.
Количественные биоритмологические модели, основанные на представлениях о зависимости периодических изменений состояния организма от ритма подачи химических сигналов, дают возможность оптимизировать параметры воздействия обонятельными сигналами на репродуктивное состояние самок, а также контролировать даже небольшие количественные изменения в степени синхронности половых циклов.
Из статьи В. М. Ганшина, Э. П. Зинкевич «Химический наносенсор на свободные высшие жирные кислоты с люминесцентным откликом».
ВВЕДЕНИЕ. Целью настоящего исследования является изучение принципиальной возможности разработки метода экспресс-анализа, в первую очередь, летучих соединений, в частности свободных жирных кислот, с применением высокочувствительного люминесцентного окончания и с использованием некоторых существенных элементов «обонятельной технологии» наземных животных.
Обонятельная система наземных животных и человека функционирует как устройство для отслеживания изменения химического состава воздушной среды. Существенными чертами обонятельной системы как аналитической системы являются:
1. Восприятие летучих веществ специализированными нервными клетками — клетками мозга непосредственно контактирующими с воздушной средой.
2. Значительный диапазон чувствительности к индивидуальным веществам от 10–3 М до 10–15 М. При этом минимальные пороговые концентрации восприятия пахучих веществ зависят как от их химической природы, так и от биологической характеристики объекта-реципиента.
3. Восприятие только таких веществ, которые обладают достаточной упругостью паров при нормальных условиях, что определяет верхнюю границу молекулярной массы стимула порядка 400.
4. Отсутствие единой шкалы ощущений, имеющей физико-химическое обоснование.
5. Одновременный (параллельный) анализ многих компонентов смеси веществ.
6. Запоминание и узнавание смесей летучих веществ как «обонятельных образов».
7. Экспрессность: скорость анализа — порядка долей сек.
Механизмы взаимодействия пахучих веществ с обонятельной клеткой описываются как образование комплекса лиганд — молекулярный рецептор, где последний, скорее всего, представляет собой рецепторный мембранный белок.
Результаты анализа обонятельной системой смеси летучих веществ не соответствуют результатам обычного физико-химического анализа этой же смеси, что является следствием следующих причин:
1. Обонятельная система всегда анализирует только газовую (паровую) фазу, в которой содержится «считываемая» ею информация, в то время как большинство химических аналитических методов дают состав жидкой фазы экскретов или экстрактов с поверхностей.
2. Анализ газовой фазы при помощи обычных физико-химических методов дает результаты, как правило, не сопоставимые с результатами сенсорного анализа: чувствительность физико-химических и обонятельных детекторов не совпадает и может различаться на несколько порядков. Так, вещество, обладающее низким обонятельным порогом, может не проявляться на хроматограмме, и в то же время легко быть обнаружено с помощью обоняния. Более того, в сенсорном анализе оно может являться основным компонентом исследуемой смеси.
3. Отсюда вытекает и несоответствие в целом в алгоритмах распознавания этими двумя аналитическими системами сложных смесей веществ — «химических образов». Физико-химический анализ дает качественный и количественный состав смеси компонентов, концентрации которых превышают пороговые для физических детекторов, причем, как правило, все компоненты смеси для неспецифической физико-химической узнающей системы практически равнозначны. Пороговые концентрации обонятельной системы для разных веществ могут отличаться на многие порядки, и, следовательно, эти вещества в равных концентрациях не равноценны при восприятии.
4. Разрешающая способность современных хроматографических методов позволяет разделить любые смеси веществ на индивидуальные составляющие и описывать смесь по аддитивной схеме с весовыми коэффициентами каждого из них. Обонятельная система отличается в целом невысокой разрешающей способностью: многие вещества разной химической структуры имеют близкий запах. Однако обонятельная аналитическая система, в отличие от физико-химической, непредсказуемо интегрирует некоторые компоненты смеси, создавая «обонятельные образы», причем алгоритмы запоминания и узнавания смесей обонятельной системой до настоящего времени не выяснены. Обонятельные сигналы млекопитающих — «обонятельные образы» — определенная композиция компонентов выделений, необходимых и достаточных для изменения физиологического состояния животных и их поведения.
На основании данных анализа летучих компонентов выделений млекопитающих, а также многолетнего опыта работы с источниками индивидуальных запахов, нами был сделан вывод, согласно которому ключевыми компонентами для создания индивидуального обонятельного образа, стабильными во времени при хранении на воздухе, могут быть свободные органические кислоты. Собаки-детекторы обнаруживают запоминаемый ими индивидуальный запах человека в кислотной фракции его выделений, состоящей в основном из высших жирных кислот, и не обнаруживают его в нейтральной и основной фракциях. Установлено, что свободные высшие жирные кислоты, большой набор которых обнаружен на поверхности кожи человека, по сравнению с другими пахучими веществами, воспринимаются собаками, в отличие от людей, в предельно малых количествах — вплоть до 10–15 г в пробе.
Как возможности распознавания собаками-биодетекторами индивидуальных «обонятельных образов», составленных композициями высших жирных кислот, так и исключительно низкие пределы их обнаружения ставят перед химиками-аналитиками сложную задачу.
В настоящей работе были поставлены следующие задачи: 1) на примере линолевой кислоты разработать экспрессную, простую в исполнении и одновременно высокочувствительную методику обнаружения жирных кислот; 2) по результатам установленных принципиальных параметров тест-системы оценить возможность создания на основе искусственного «обонятельного сенсора», обеспечивающего достаточную чувствительность для экспресс-обнаружения целевого компонента в газовой фазе с использованием механизмов физико-химического и биологического усиления первичного аналитического сигнала.
ОБСУЖДЕНИЕ. Таким образом, моделирование чувствительности и селективности «обонятельного восприятия» может быть принципиально достигнуто на основе создания ХЛ систем, катализируемых ионами различных металлов, проявляющих определенную специфичность в реакциях комплексообразования с молекулами пахучих веществ. Такая возможность обеспечивается несколькими положениями:
— Ряд ХЛ реакций катализируется широкой гаммой металлов переменной валентности.
— Эти металлы одновременно могут вступать в реакции комплексообразования с пахучими веществами, что сопровождается усилением или ослаблением их каталитических свойств. Таким образом, молекулы пахучих веществ могут выступать в роли своеобразных «модуляторов» каталитических свойств металлов переменной валентности.
— На этой основе могут быть созданы элементарные ХЛ ячейки (сенсоры), являющиеся по сути дела своеобразными преобразователями информации о типе взаимодействия (металл-летучее вещество) в унифицированный световой сигнал.
— Характерным свойством ХЛ и биолюминесцентных преобразователей является принципиальная возможность проведения процесса в тончайшем слое реагента, что позволяет за счет снижения объема детектирующей фазы повысить абсолютную чувствительность обонятельного восприятия.
— Еще более важными в этом отношении представляются свойства ХЛ систем на основе «сухих аналитических пленок», позволяющих осуществить моделирование «обонятельного» сенсора по варианту «безреагентной химии». Принципиальным для такого варианта анализа является перевод рецепторной и детектирующей ХЛ фаз из трехмерного в двухмерное пространство при максимальном «усилении» аналитического сигнала за счет концентрирования воздушной пробы в тонкопленочном сенсоре.
ВЫВОДЫ. На примере рецепции свободных высших жирных кислот обоснована принципиальная возможность создания искусственного химического сенсора с использованием ионов металлов переменной валентности в качестве веществ-посредников взаимодействия вещества-стимула с рецептором и ХЛ системы в качестве детектора такого взаимодействия. Предложена модель химического сенсора, генерирующая ответ на летучее пахучее вещество в виде квантов света, с использованием экстракционно-хемилюминесцентной аналитической системы.

Библиография


Данилов В. С., Ганшин В. М. Бактериальные биосенсоры с биолюминесцентным выводом информации//Сенс. сист. 1998. Т. 12. № 1.
Зинкевич Э. П., Нарижный А. Г. Повышение воспроизводительной функции свиней с помощью феромонов. Проблемы химической коммуникации животных. М., 1991
Зинкевич Э. П., Моисеева Т. Ф., Старовойтов В. И. и др. Индивидуализирующие вещества в запаховых следах человека//Экспертная практика и новые методы исследования. М., 1993. Вып. 11
Зинкевич Э. П. Обонятельное различение собаками смесей трех высших жирных кислот по их количественному составу//Сенсорные системы. 1995. Т.9. № 2–3
Зинкевич Э. П., Бродский Е. С. Моисеева Т. Ф. и др. Летучие компоненты выделений поверхности кожи человека//Сенсорные системы. 1997. Т.11. № 1
Зинкевич Э. П., Васильева В. С. Химическая коммуникация млекопитающих: молекулярные подходы//Зоол. журн. 1998. Т. 77. № 1
Крутова В. И., Зинкевич Э. П. Индивидуальный запах в онтогенезе серых крыс (Rattus norvegicus)//Сенсорные системы. 1997. Т.11. № 2
Общение животных: запахи вместо слов//Наука в СССР. 1986. № 4
Соколов В. Е., Алейников П. А., Зинкевич Э. П. Химическая коммуникация млекопитающих: поведение и хемосемантическая структура сигнала//Поведение животных в сообществах. М., 1983
Соколов В. Е., Крутова В. И., Сулимов К. Т., Зинкевич Э. П. Распознавание собаками по запаху видовой принадлежности особей//Докл. РАН. 1997. Т.356. № 5
Феромоны и поведение. М., 1984 Химическая коммуникация млекопитающих/Наука и человечество. М., 1983
Химическая коммуникация животных. М., 1986
Albone E. S. Mammalian Semiochemistry. N.Y., 1984
Buck L. B. The molecular architecture of odor and pheromone sensing in mammals//Cell. 2000. V. 100
Devos M., Patte F., Rouault J., Laffort P., Van Germert L. J. Standardized Human Olfactory Threshholds. Oxford; N.Y., 1990
Social Odours in Mammals. Oxford, 1985 Takagi S. F. Human Olfaction. Tokyo, 1989 Тема № 234
Рекомендуем Документальную передачу Военная тайна смотреть онлайн можно не только на канале Рен ТВ, но и в интернете. Из неё вы узнаете о секретных разработках нашей военной промышленности.

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X