Обоняющие время

Духи с запахом кометы Чурюмова — Герасименко скоро появятся на прилавках — астрономы, обеспечившие успех миссии зонда "Розетта", решили, что так их открытие запомнится всем. Чтобы понять, с чем связана эта мода на ароматы и чем пахнут сегодняшние и завтрашние открытия, "Огонек" изучил новые профессии запахов

Ольга Волкова

Профессор Владимир Новоселов держит на ладони половинку крысиного черепа в продольном разрезе:

— Это обонятельный эпителий,— показывает профессор.— Видите, какой он красивый — объемный, сложный, а какие у него загогулины! У человека суммарная площадь обонятельного эпителия по отношению к мозгу значительно меньше, чем у крысы или собаки. Поэтому, например, половые феромоны мы чувствуем слабо. Кроме того, на наше восприятие окружающего мира, в том числе и на спектр различаемых запахов, оказывает очень сильное влияние наша высшая нервная деятельность — ассоциации, воспоминания. Человек слишком много думает!

Мы находимся в Лаборатории механизмов рецепции Института биофизики клетки РАН, здесь со времен СССР лучшие ученые изучали молекулярные механизмы передачи сигнала в разных клеточных системах. В том числе замысловатый механизм обоняния.

Удивительно, но до недавнего времени про эту древнейшую часть нашего организма наука знала меньше, чем про другие. Как это вышло? Да просто казалось, что обоняние играет в жизни человека меньшую роль, чем иные чувства, к тому же не было инструментов, позволяющих отследить взаимодействие крохотных летучих молекул и рецепторов в мозге. Сегодня, когда доказано, что запах может управлять настроением и поведением не только животных, но и людей, а также "включает" гены, связанные с иммунитетом, изучением обонятельной системы в мире занимаются сотни специалистов. Правда, что интересно, о результатах их работы мир узнает не часто, как правило, они финансируются парфюмерными гигантами или научными институтами, связанными с военными ведомствами. А все потому, что запах действует на человека сильнее, чем мы можем представить.

Чем пахнет покупка?

Британский биохимик Джон Эймур еще в начале 1960-х обратил внимание на лаборанта, который работал с растворителями и совершенно спокойно относился к зловонной изовалериановой кислоте. Выяснилось, что молодой человек был не чувствителен к этому запаху, а когда проверили родственников, выяснили, что и они на него тоже не реагируют. Так мир узнал, что обоняние обусловлено генетикой, хотя доказать это удалось только 30 лет спустя. В начале 1990-х биологи из США Линда Бак и Ричард Аксель независимо друг от друга открыли набор генов, кодирующих обонятельные рецепторные молекулы. В 2004-м они поделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за разработки, объяснившие механизм работы органов обоняния.

Примерно в одно время с Эймуром американский психиатр Алан Хирш доказал, что обоняние — недооцененный, но очень мощный рычаг воздействия на поведение человека. Хирш серьезно занялся изучением влияния запахов на аппетит, производительность труда, а главное — на покупательскую лояльность. Опробовав свою теорию на добровольцах, Хирш пришел к выводу, что запах непосредственно связан с оценкой потребительских качеств товара, и разработал ароматехнологии, заставляющие делать покупки. Психиатр убедился, что 70 процентов покупателей делают по запаху выводы о свежести, изысканности и даже мощности (речь, к примеру, о бытовой технике) товара. Предприимчивый ученый создал серию специальных ароматов, управляющих покупателями, среди них были, в частности, эссенция "Честный продавец автомобилей" и аромат для казино, увеличивающий выручку с игровых автоматов. А под занавес прошлого века появился термин "аромамаркетинг". Пионерами направления стали итальянская фирма Borotalco (тальк для детей); французская Crayola (ее карандаши ассоциируются с запахом кедрового леса); сети Body Shop (США) и Lush (Англия).

Нюх — это генетическое

Сегодня доказано, что гены отвечают за развитие обонятельных рецепторов строго определенных типов, иными словами, способность ощущать одни запахи лучше других передается нам по наследству. Эти рецепторы расположены в обонятельном эпителии носа и первыми распознают молекулы запахов. Рецепторы посылают сигналы в обонятельные луковицы, затем импульсы поступают в кору головного мозга, а там уже вся информация складывается в уникальную комбинацию, соответствующую какому-либо сложному запаху.

Но возникает вопрос: если наличие рецепторов заложено в нас генетически, то как мы узнаем новые запахи? Оказывается, у человека есть тысячи генов, которые кодируют обонятельные рецепторы, и это позволяет распознать любое новое вещество, обладающее физико-химическими свойствами. То есть когда мы сталкиваемся с новым запахом, то вначале не можем его опознать и просто констатируем, что чем-то пахнет. Затем мозг связывает этот запах с какой-то другой информацией — зрительной, осязательной, вкусовой — и таким образом позволяет нам опознать его в следующий раз. Получается, что наша обонятельная система учится, создавая гигантские библиотеки запахов, которые при этом скреплены с уникальным ассоциативным рядом и воспоминаниями из прошлого. В мае этого года ученые из Принстонского университета впервые провели эксперимент и доказали, что если разрушить связь воспоминания с таким контекстом — запахом или звуком, то можно избавиться от самого воспоминания, что очень важно для ситуаций, связанных с насилием и стрессом.

Впрочем, создание подобных библиотек — не единственная уникальная способность обонятельной системы. Обонятельные клетки — единственные нервные клетки, которые восстанавливаются. Жизнь клетки — 30-35 дней. Потом она гибнет, и на ее месте появляется новая. Ей нужно прорастить свой аксон в головной мозг точно в то место, которое отвечает за конкретный запах. С этим связана важная способность клеток обучаться.

— Интересно, что новая рецепторная клетка, появившаяся на месте погибшей, поначалу наивная, необученная,— рассказывает доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории механизмов рецепции НИИ Биофизики клетки РАН профессор Новоселов.— Она воспринимает все запахи одинаково, но по мере того, как взрослеет, становится все более и более специфичной. И в момент, когда ее нервный отросток, аксон, соединяется с обонятельной луковицей, становится максимально специфичной. Ради эксперимента мы выращивали обонятельный эпителий в передней камере глаза крысы, чтобы у него не было возможности соединиться с мозгом. Он хорошо вырос и даже генерировал нервные импульсы в ответ на запаховые раздражители, но не мог приобрести специализацию, то есть все запахи воспринимал одинаково.

Профессор Новоселов проводил опыты по внутриутробной тренировке чувствительности к отдельным запахам. Беременной крысе делали инъекции раствора пахучего вещества, и новорожденные крысята действительно лучше отличали привычный запах.

— Мы разрабатывали и методику повышения чувствительности собак к запахом взрывчатки или наркотиков,— говорит профессор.— Дело было в 1980-е, когда в СССР остро встал вопрос о борьбе с транспортировкой наркотиков, а в аэропортах подготовленных служебных собак не хватало, притом что их дрессировка стоит очень дорого. Мы же рассчитывали, что новорожденные щенки после внутриутробной сенситизации будут более чувствительны к этим запахам, это облегчило бы их подготовку. Мне тогда даже позвонили из КГБ и предложили помощь. Но в 1990-е возможности продолжить эксперименты не было.

Таблетка от акулы

В СССР вообще к изучению обоняния подходили серьезно — его скрытые возможности планировалось использовать в народном хозяйстве. Еще в 1950-е разными запахами, но не очень успешно, пытались отпугивать мышей-полевок, чтобы те не зарились на народный урожай. С 1960-х начала работать целая кинологическая бригада — с помощью специально обученных собак искали полезные ископаемые. Именно так, к слову, геологи Карельского филиала Академии наук СССР отыскали месторождение вольфрама на Кольском полуострове и никеля — в Приладожье. В ряде других регионов собак учили обнаруживать утечки газа на городских газовых магистралях.

А одним из самых удачных опытов в этой области следует признать опыты с тутовым шелкопрядом. Шелкопряд безжалостно поедал кедровые побеги в Сибири, нанося ущерб, сопоставимый с лесными пожарами. Его по старинке травили дустом (ДДТ), но в 1970-е химики признали, что у того повышенная токсичность и он может накапливаться в организме. Тогда, чтобы подавить размножение шелкопряда, ученые решили использовать его собственные половые феромоны (их пытались найти и выделить 30(!) лет). Феромоны распыляли в большом количестве, так что самцы оказывались полностью дезориентированными и не могли найти самок. Этот же метод применяли в колхозных садах для борьбы с яблочной плодожоркой: в лаборатории выделяли феромон плодожорки, обрабатывали сады и обходились без ядохимикатов.

— Еще один путь использования феромонов был предложен узбекским фабрикам по производству шелка в 1980-е,— рассказывает профессор Новоселов.— Там выращивали тутового шелкопряда, и для этого надо было отбирать коконы самок, отсортировывая их от самцов. Работники делали это вручную, а так как шелкопряд покрыт пыльцой, люди получали аллергию, болели. Мы же предложили насыпать коконы на наклонную поверхность и распылять над ними их феромоны. У адаптированных для промышленности шелкопрядов крылья атрофированные — маленькие, остаточные. Под воздействием феромонов самцы начинают возбуждаться, бьют крылышками, а самки остаются спокойными. Поэтому самки скатываются вниз по наклонной поверхности, а самцы колотят крылышками и удерживаются на месте. Таким образом, с сортировкой может справиться один человек вместо сотни. Мы предложили эту технологию, но местное руководство от нее отказалось: нашим женщинам, мол, нужны рабочие места...

20 млн лет назад предки людей выбирали половых партнеров в основном по запаху, но в ходе эволюции нюх на феромоны притупился, и в результате стали возможными крепкие моногамные браки

США, в свою очередь, прославились тем, что в годы Второй мировой войны пытались использовать агрессивный запах для отпугивания акул. Морские бои с флотом Японии и подлодками Германии шли тяжелые, корабли тонули, экипажи оказывались в открытом океане беззащитными перед морскими хищниками. Ученым США поручили решить эту проблему. Так появился антиакулин — большая квадратная таблетка, состоящая на 20 процентов из уксуснокислой меди и на 80 из красителя темно-пурпурного цвета. Она растворялась в океанской воде, окрашивая ее в иссиня-черный цвет, и должна была наполнить окрестные воды невыносимым для акул запахом. Получив при отплытии несколько таблеток антиакулина, экипажи и пассажиры американских судов смело смотрели в пасть опасности. Эффективность таблетки, впрочем, на деле оказалась невысока, в чем через несколько лет после войны убедилась команда исследователя Жак-Ива Кусто, испытавшая антиакулин в заливе Таджура у восточных берегов Африки. Как показали практические испытания, полутораметровых черноперых акул антиакулин, что называется, не берет...

Запах страха

Впрочем, в наши дни наука активно исследует то, как влияет запах на человека. Ароматизировано буквально все, что нас окружает,— бытовая химия, канцелярские принадлежности, салоны автомобилей, журналы, мешки-пылесборники. Существуют будильники, распыляющие бодрящий запах, который пробуждает не только в спальне, но и за рулем авто. Аппетитные ароматы повышают продажи как в кондитерских, так и в салонах женского белья. Залы кинотеатров благоухают поп-корном — вообще, разного рода ароматизированной рекламой перед просмотром уже никого не удивишь.

Запахи, повышающие концентрацию внимания, используются на крупных предприятиях в Японии. Конференц-залы и переговорные оформляют ароматами, вызывающими благодушие и сговорчивость. Неприятные запахи тоже востребованы: ими в США, к примеру, пропитывают повторные уведомления об уплате налогов, чтобы не было соблазна получать их еще раз. Зловоние используют и для безопасности.

— Бытовой газ не имеет цвета и запаха и при этом взрывоопасен,— говорит профессор Владимир Новоселов из НИИ Биофизики клетки РАН.— Но чтобы предотвратить утечку, в него добавляют зловонный метилмеркаптан, к которому у человека фантастическая чувствительность. Почему? Расскажу вам историю о том, как однажды из-за меня провонял весь наш город Пущино. Дело было так. У меня — я тогда был стажером — была ненужная запаянная ампула метилмеркаптана, 200 кубиков. Ее надо было куда-то выкинуть, и я вылил — под вытяжкой. Вскоре во всем институте нельзя было дышать. Вызвали газовые службы. Ветер подул, и облако пошло на город. Думал, меня уволят, но обошлось.

Особый интерес к феромонам — а он возник как раз после удачи с шелкопрядами — подтолкнул к поиску способов воздействия и на человека, но ученые так и не выяснили пока, работает ли это с людьми. Австралийский исследователь Майкл Стоддарт из Университета Тасмании считает, что это невозможно, так как у человека в процессе эволюции обоняние снизилось в разы. Стоддарт утверждает, что 20 млн лет назад предки людей выбирали половых партнеров в основном по запаху, но в ходе эволюции нюх на феромоны притупился, и в результате стали возможными крепкие моногамные браки. Есть и обратная сторона: тонкое чутье на чужие феромоны отвлекает от постоянного партнера и жизнь в браке для сверхчуткого нюхача мучительна. Считается также, что сексуальные маньяки обладают повышенной чувствительностью к феромонам.

Ученым удалось доказать, что не только собаки могут находить по запаху преступников, но и их жертвы, причем с 75-процентной точностью. У собак эта точность доходит до 90 процентов

— В 1990-е годы меня приглашали в Институт судебной психиатрии им. Сербского читать лекции об обонянии,— вспоминает профессор Новоселов.— Тогда специалистов интересовала связь психических нарушений с особенностями восприятия запахов. Сейчас же синтетические феромоны человека используются в парфюмерной промышленности: женщины с их помощью стараются производить впечатление на мужчин.

Совершенно новый виток это направление получило благодаря недавним исследованиям под руководством Лауры Альо из Университета Авейру в Португалии. Ученым, в частности, удалось доказать, что не только собаки могут находить по запаху преступников, но и их жертвы, причем с 75-процентной точностью (у собак эта точность до 90 процентов). Португальские исследователи утверждают, что их выводы помогут расследовать случаи сексуальной агрессии и физического насилия, когда жертва и преступник находились в близком контакте, а информация, полученная с помощью обоняния, может в скором времени стать решающей при поиске преступника.

На чем это основано? Считается, что жертвы узнают запах изовалериановой кислоты, которая выделяется с человеческим потом в момент стресса. Этот запах считается также запахом страха. Больше того, распространение паники в толпе многие связывают как раз с действием изовалериановой кислоты, которую улавливает обоняние, провоцируя цепную реакцию.

— Вряд ли можно управлять толпой с помощью запахов, все-таки восприятие запахов индивидуально,— объяснили "Огоньку" в НИИ Биофизики клетки.— К тому же если человек осознает, что на него пытаются повлиять, он, как правило, включает психологическую защиту. Вероятно, какого-то эффекта можно достичь, сочетая запах с воздействием визуальной информацией — мигалкой, цветом; возможно, со звуком, также очень мощное воздействие на психику оказывает инфразвук... Но в любом случае для достижения эффекта пришлось бы сочетать факторы, которые нивелируют индивидуальное восприятие. А это настолько дорогое удовольствие, что опасаться таких воздействий не стоит.

Учуять открытие

Впрочем, речь не только об управлении, но и о спасении. Сейчас группа профессора Новоселова, например, изучает защитный механизм обонятельного эпителия крыс. Ученые пытались понять: как организму млекопитающего удается обезопасить такой сложный и чувствительный орган, который находится в прямом контакте с атмосферой. В результате был открыт пероксиридоксин-6 — главный защитный белок обонятельного эпителия.

— Оказалось, этот белок может работать во всех системах организма,— рассказывает Владимир Новоселов.— Он помогает при тяжелых патологиях, прежде всего легочных, способствует максимально быстрому заживлению травм тканей. При предварительной обработке этим препаратом можно спасти животное, облучаемое смертельной дозой радиации. Это лекарство достаточно дорогое, но для некоторых целей цена уже не важна, например при трансплантации органов. При изъятии органа у донора прерывается кровоток и наступает ишемия — нет поступления кислорода. И если орган пересадили через несколько часов и по сосудам вновь потекла кровь, происходит невероятный окислительный стресс, от него орган может погибнуть. Но если мы предварительно пропитаем пересаживаемый орган нашим препаратом, этот стресс гасится. Лабораторные испытания пероксиридоксина-6 дали потрясающие результаты. Препарат запатентовали, а дальше как всегда — нет денег.

Еще одно важное направление — создание электронных приборов, своего рода носов-анализаторов.

— Понимание человеком основной массы запахов — это, как мы говорили, результат тренировки,— напоминает профессор Новоселов.— Чаще всего мы имеем дело со сложными, комбинированными запахами и, как правило, на бытовом уровне задачу их идентификации решить не можем. Ведь сказать: "что-то" пахнет — одна задача, а определить, чем именно пахнет, принципиально другой уровень. Что касается "искусственного носа", то прогресс только начинает просматриваться, он идет в паре с созданием искусственного интеллекта. Да, сенсоры на запахи существуют давно, но сигнализировали они только о том, что появился какой-то запах, а определить, какой именно, все равно мог только мозг. По мере развития компьютерной техники к привычным сенсорам будет добавляется искусственный мозг-анализатор. Больше того, в аэропортах США и Японии уже ведется поиск веществ по запаху. Но стоят такие аппараты дорого...

В феврале 2016-го сотрудник Химико-технологического института Уральского университета Дмитрий Копчук получил премию президента РФ за создание "электронного носа" для обнаружения взрывчатки. Напомним: он разработал недорогой высокочувствительный органический материал, люминесцентные свойства которого меняются, если пары взрывчатки присутствуют в воздухе даже в самой низкой концентрации. Механика такова: когда паров взрывчатки нет, материал светится, как только они появляются — светиться перестает. Прибор может распознать компоненты взрывчатых веществ, которые используются при изготовлении взрывчатки с нитротолуолом, тринитротолуолом, гексогеном — это самые распространенные взрывчатые вещества, и обнаружить их довольно сложно. Попутно уральский "электронный нос" можно использовать и для обнаружения в воде опасных для здоровья нитратов.

Кстати, исходя из этого, в высшей степени вероятно, что духи из реальных запахов кометы Чурюмова — Герасименко этот прибор бы обозначил как однозначно токсичные. Известно ведь: севший на комету зонд "Розетта" обнаружил там сероводород (он пахнет тухлыми яйцами), аммиак (резкий запах мочи) и синильную кислоту (аромат горького миндаля). Это все к тому, что заносить на Землю наобум тот или иной запах из космоса явно не стоит — нам бы тут пока со своими родными ароматами разобраться...