Тайна душистых молекул: зачем нужно обоняние и почему мы так мало о нем знаем

Обоняние — самое таинственное из пяти наших чувств: меньше всего исследованное, способное различать триллион запахов и вызывать сложные эмоции. Журнал The Believer собрал самые интересные научные и исторические факты об ароматах и нашем их восприятии: как устроены нос и обонятельные рецепторы, чем пахнут кожа и порох, почему карандаши в начале XIX века были душистыми и многое другое.

Нос

Если существует «гениальность ноздрей», о которой говорил Ницше, то нос — это необученный гений, талантливый, но непостоянный. Человеческий нос умеет различать до триллиона запахов, однако большинство из нас не способно описать их словами.

Наши слуховые и зрительные рецепторы больше не хранят тайн: они были изучены еще несколько десятилетий назад. Но обонятельные рецепторы ученые обнаружили только в 1991 году. Это говорит о том, насколько сложна система обоняния. У человека всего четыре зрительных рецептора, тогда как обонятельных — более четырехсот.

Восприятие запаха начинается с того, что в нос вместе с воздухом залетают душистые молекулы. Воздух проходит через носовые полости, нагреваясь и очищаясь, и попадает на обонятельный эпителий — слой полости носа, покрытый слизью и усеянный обонятельными нейронами. Эти нейроны улавливают запахи, а белки обонятельных рецепторов связывают молекулы душистых веществ. Рецепторы затем посылают электрический сигнал в обонятельные луковицы, расположенные в мозгу на уровне носового моста, то есть примерно там, где сидят ваши очки.

Обонятельные луковицы считаются главным центром обработки запахов. Луковицы получают информацию от обонятельных рецепторов и шифруют ее в уникальный сигнал, который затем передают в обонятельный центр, расположенный в коре больших полушарий. Обонятельные нейроны обновляются каждые четыре-восемь недель, постепенно начиная реагировать на запахи, с которыми человек сталкивается наиболее часто. Это значит, что нос можно тренировать.

Для ученых до сих пор остается загадкой, как рецептор улавливает запах. Известно, что форма молекулы обусловливает то, какими обонятельными рецепторами она связывается. Но мы не знаем, почему молекулы пахнут тем или иным образом.

Взять, к примеру, бензойный альдегид, который содержится в мараскиновой вишне и марципане и пахнет горьким миндалем. Если добавить к нему два атома кислорода, он станет пахнуть корицей; пять атомов углерода — и запах сменится на цветочный.

Обонятельные рецепторы сосредоточены в носу, но присутствуют и в других частях тела. Они есть, например, в почках. Почки улавливают запаховые сигналы, идущие от бактерий кишечника после приема пищи, и соответствующим образом регулируют кровяное давление. Сперматозоиды находят яйцеклетку по запаху. Легкие, кровяные сосуды и мышцы тоже руководствуются запахом.

Существуют даже технологии для определения запаха. Электронные носы используются для поиска испорченных продуктов на пищевых фабриках и утечек на атомных реакторах. А вот передавать запахи по интернету в ближайшее время не удастся. Устройства вроде проигрывателя запахов Cyrano (2016) и его предшественника oNotes — это обман. Они передают не сам запах, а электронный сигнал, который запускает выделение заранее подготовленного пахучего вещества из пузырька. Запахи можно оцифровать и записать, но нельзя передать при помощи средств телекоммуникации. Запахи можно ощутить только непосредственно.

Петрикор

Парфюмеры из индийского города Каннаудж на протяжении вот уже многих столетий производят аромат под названием аттар митти. Весь апрель рабочие собирают куски сухой глины, которые затем обжигаются в печи.

Когда глина достигает нужной температуры, вместе с паром начинает выделяться запах земли. Из этого пара и получают основу для духов. Запах сухой земли после дождя называется петрикором. В Каннаудже воздух пропитан этим запахом в день, когда сухой сезон сменяется сезоном муссонов.

Слово петрикор, от греческого «кровь камней», было придумано в 1964 году австралийскими учеными Изабель Джой Беар и Ричардом Томасом. Получая золотистое масло из разных типов почвы, они обнаружили, что растения выделяют в почву жирные кислоты, прежде всего, пальмитиновую и стеариновую кислоту, концентрация которых наиболее высока между периодами дождей. После окончания засухи растения часто начинают резко расти, поэтому Беар и Томас сразу предположили, что петрикор играет роль удобрения. Однако оказалось, что растения выделяют жирные кислоты в качестве защитного механизма, чтобы замедлить рост соседних растений и тем самым снизить соперничество за ресурсы в условиях нехватки воды.

В 2015 году команда ученых из Массачусетского технологического института установила, как петрикор достигает носа человека. При помощи высокоскоростных камер они увидели, что когда капля дождя падает на пористую поверхность, то в момент контакта она удерживает крошечные пузырьки воздуха. Сначала капля принимает форму бублика, а затем плоского диска. Микроскопические капельки воспаряют над диском, как светлячки над озером. Именно эти капельки поднимают петрикор с земли и насыщают им воздух.

Кожа

Запах тела состоит из трех уровней. На поверхностный уровень можно воздействовать дезодорантом, душем и благовониями. Средний уровень обусловлен культурными факторами вроде питания, рода занятий и гигиены. Под этими двумя уровнями находится собственный запах человека. Этот запах неизменен. В отличие от синтетических ароматов, которые созданы, чтобы быть заметными, собственный запах едва уловим и усиливается лишь с нагреванием тела. Почувствовать его можно только находясь в непосредственной близости от человека.

Помимо прочего, мы выбираем себе партнера, чей запах тела нам приятен и чьи гены гистосовместимости существенно отличаются от наших.

Выбор партнера по запаху — сложный процесс. Например, у женщин, принимающих оральные контрацептивы, предпочтения в запахах меняются. Так как из-за приема препаратов их тело начинает считать, что оно беременно, эти женщины отдают предпочтение партнерам, чьи гены гистосовместимости схожи с их собственными.

Однако выбор партнера не всегда связан с произведением потомства. Когда гомосексуальных мужчин попросили понюхать футболки, которые носили гетеросексуалы и гомосексуалы, они смогли определить запахи других гомосексуальных мужчин и именно их нашли более приятными.

Многие заболевания можно распознать по смене запаха тела. Тело больного тифом пахнет свежим ржаным хлебом, тело больного туберкулезом — стоялым пивом, больного желтой лихорадкой — сырым мясом, больного чумой — переспелыми яблоками. Диагноз по запаху — одновременно устаревший и обретший новую жизнь метод. Обученные врачи и собаки могут распознать по запаху болезнь Паркинсона, малярию, множественный склероз, COVID-19 и разные виды рака.

Собственный запах каждого человека так же уникален, как и его отпечатки пальцев. Контрольные пункты в аэропортах можно было бы оснастить цифровыми химическими сенсорами. Такие сенсоры смогли бы отличить человека от его однояйцевого близнеца.

Запах тела также выдает наши мысли, или, по крайней мере, наше настроение. В стрессовых ситуациях апокриновые потовые железы работают в усиленном режиме, из-за чего пот от нервов имеет более едкий запах, чем пот, выполняющий охлаждающую функцию. Люди способны понять, что их собеседник испытывает радость, страх, негодование или печаль по одному только запаху.

Карандаши

Дерево, из которого сделаны карандаши, когда-то было намного более ароматным. В начале XIX века карандаши производились из красного кедра, растущего во Флориде, Джорджии и Теннесси. Эти карандаши пахли черным перцем и корицей, а их стружка имела розовато-красный цвет. Еще в 1890 году красных кедров было так много, что южане строили из них сараи и заборы. Но затем из-за массового производства карандашей количество деревьев значительно уменьшилось, а цены на него взлетели.

Лесная служба США посоветовала использовать для производства карандашей более дешевый калоцедрус. Но производители опасались, что сделанные из калоцедруса карандаши — то есть карандаши, которыми мы пользуемся сегодня, — будут недостаточно ароматными и не найдут спроса. Поэтому в 1920-х годах они начали красить и ароматизировать калоцедрус, чтобы придать ему сходство с красным кедром. Со временем эта практика прекратилась, поэтому современные карандаши имеют более слабый запах.

Что касается грифеля, то чистый графит не имеет запаха. Но производство карандашей прошло долгий путь. Изначально они производились из сплава свинца, обернутого бумагой или веревкой; позже графитовый порошок стал очищаться и смешиваться с глиной или воском. Это позволило обойти проблему ограниченных запасов графита и вывести производство на промышленный масштаб, а также создать разные виды карандашей. Карандаш, содержащий больше глины и воска, пишет более тонко и бледно, а карандаш, содержащий больше графита, — более насыщенно. Современные грифели для автоматических карандашей имеют металлический запах, который обусловлен добавлением глины и воска.

Запах стирательной резинки, расположенной на тупом конце карандаша, обычно довольно непримечателен. А вот для брускового ластика запах — это показатель качества. Не имеют запаха дешевые и малоэффективные резинки, тогда как пахучий ластик содержит больше натурального каучука, который лучше справляется с задачей. Сильнее всего ластик пахнет во время использования.

Стирая, мы склоняемся над листом бумаги. Перед тем как сдуть стружку от ластика, мы вдыхаем ее запах. Таким образом, свойственные карандашу запахи калоцедруса, глины, воска и каучука пробуждаются не во время письма, а в паузах между ним — во время заточки карандаша и стирания.

Камфора

Камфора пронизывает нос, распространяя холодок по всему лицу. Но после сильного первого ощущения запах ослабевает, превращаясь в приятный вересковый аромат. Запах камфоры бодрит, как холодный поток в теплом озере.

В 1894 году математик Фрэнсис Гальтон опубликовал необычную работу под названием «Арифметика запахов», в которой описал свой мысленный эксперимент с несколькими запахами, в том числе камфорой. «Арифметикой можно заниматься с использованием воображаемых запахов, а также воображаемых фигур и звуков, — писал он. — Для меня два вдоха перечной мяты равняются одному вдоху камфоры; три вдоха перечной мяты — одному вдоху карболовой кислоты, и так далее…» Гальтон слагал и вычитал самые разнообразные запахи, хоть так и не попробовал их умножать.

Камфора активирует тройничный нерв, имеющий ядра болевой, тактильной и проприоцептивной чувствительности. Наряду с эвкалиптом, защитной жидкостью скунса и перцем хабанеро, камфора — это пример того, как чувства могут смешиваться, дополнять и усиливать друг друга. Ни одно из пяти чувств не функционирует отдельно от остальных. Вот почему так трудно стоять на одной ноге с завязанными глазами.

Есть и более любопытные примеры взаимодействия разных чувств. Недавно группа ученых обнаружила у мышей «смаунды» — запахи, на восприятие которых непосредственно влияет звук определенной высоты.

Камфору получают из лавровых деревьев, растущих на юго-западе Азии. Камфора неслучайно имеет сильный запах: она помогает дереву, отпугивая насекомых и борясь с микробами. В медицине она применяется как противовоспалительное, болеутоляющее средство, а также как лекарство от насморка и кашля. Китайцы называют камфору ping-pien, «кубики льда», и lung-nao-hsiang, «аромат из мозга дракона». Первое название указывает на вызываемое камфорой ощущение, а второе — на ее таинственные свойства. В санскритской поэзии камфора сравнивается с луной. В знаменитой поэме X века «Саундарья-лахари» описывается, как хлопья камфоры, спадающие с губ богини Деви, гасят пламя в трех пылающих городах.

В индуистских храмах камфору жгут, чтобы открыть третий глаз и очистить разум. Ее запах обозначает священное место и время для созерцания. Резкий и хрупкий, он служит портативной мечетью или церковью, краткосрочным возбудителем духовности, который затем незаметно улетучивается.

Порох

Рецепт пороха не раз менялся, но его запах всегда оставался неизменным. Это запах яиц и серы, мочи, селитры и угля.

Порох имеет динамический запах, наполняющий пустоту воздуха взрывчатостью и плотностью. Он встряхивает воздух, перемешивая его запахи. Человечество, как правило, не борется с болезнями при помощи артиллерии, но когда-то артиллерийский огонь использовали, чтобы отгонять чуму.

Согласно теории миазмов, пользовавшейся популярностью до 1880 года, болезни вызываются зловонными запахами. Считалось, что мусорные кучи, уборные, больницы, богадельни, кладбища, болота, пещеры и даже трещины в мостовых выделяют вредоносные миазмы, которые, однако, можно нейтрализовать соблюдением баланса запахов. Принимать ванну считалось нежелательным, так как закупоренные поры лучше предохраняют от болезней.

Способы борьбы с миазмами представляли собой коллекцию псевдонаучных заблуждений. Одни ученые советовали противодействовать миазмам при помощи приятных запахов: духов, сигар, леденцов и сиропов. Богачи иногда носили с собой крошечное лимонное дерево или надушенный мешочек возле сердца. Один текст XVI века предписывал врачам принимать пациентов, вооружившись веткой можжевельника или ароматическим шариком.

Другие ученые предлагали противостоять миазмам при помощи еще более неприятных запахов. В 1622 году Жан де Ламперьер советовал натираться мазью для тела, приготовленной из высушенных экскрементов павлина и козьей мочи. Как ни странно, это было хорошей рекомендацией, так как запах коз (а также коров, овец и верблюдов) действительно отпугивает блох и клещей, которые являются переносчиками бубонной чумы.

В XVII веке французские парфюмеры проводили обеззараживание домов, в которых жили умершие от чумы. Они разжигали перед домом умершего костер и закрывали ставни, после чего начинали жечь благовония в котелках, потрошить соломенные матрасы, обжигать грязное белье в печи и так далее. Завершалась процедура артиллерийским залпом, имевшим целью «отогнать заразу, которая могла остаться на внешних сторонах дверей и стен».

Борьба с миазмами — а также с городскими запахами на заре микробной теории — способствовала формированию городского ландшафта.

Летом 1858 года Лондон пострадал от жары, вследствие которой Темза обмелела. Внезапно обнаружилось, что река, служившая городу источником питьевой воды, была, по сути, открытой сточной трубой. На протяжении последующих шести недель, прозванных позже Великим зловонием, Лондон был наполнен ароматом фекалий. Парламент мгновенно принял (ранее застрявший в комитетах) проект по созданию сети сточных труб, насосных и водоочистных станций.

В Париже в 1880 году случилось собственное Великое зловоние, также приведшее к молниеносным и масштабным городским реформам. В целях борьбы с неприятными запахами законодатели по обе стороны Ла-Манша распорядились вымостить тротуары и побелить стены, разработали системы канализации, основали советы здравоохранения, издали постановления о зонировании, начали экологические реформы, расширили улицы и высадили городские сады. Зловоние мотивирует.

Запах пороха имеет долгую и богатую историю. Он сопровождал войну и чуму, ассоциировался с разрушением и защитой. А сегодня… его больше не встретишь почти нигде.

Источник