Найдавніше з почуттів: Запахи

Нюх дає нам можливість отримувати задоволення від приємних запахів, а іноді здатне врятувати нам життя - не дати випити оцет замість горілки, підказати, що не варто їсти пиріжок з тухлятиною, або нагадати, що при запаху газу не можна клацати вимикачем. Однак оточуючі нас запахи мають властивості, про які багато хто, можливо, навіть і не підозрює

Для багатьох тварин нюх є щонайменше не менш важливим джерелом інформації, ніж зір і слух: будь-який собачник знає, що собаки губляться при зустрічі з господарем: виглядає і говорить він так само, а пахне зовсім по-іншому! І не від «вихлопу» (запахи фарби, оселедця і т. д. такої дії не чинять), а тому, що разом з іншою біохімією алкоголь змінює склад поту і, відповідно, невідчутні для людського носа відтінки індивідуального запаху.

Для нас з вами здатність відчувати і розрізняти запахи на перший погляд не така вже й важлива. Іноді вона навіть заважає: кожен може пригадати ситуації, коли він був готовий віддати півцарства за те, щоб не відчувати запаху увійшов у тролейбус бомжа або найнятого часнику колеги. І хоча без задоволення від запаху квітів, парфумів, їжі та безлічі інших ароматів світ втратив би багато чого, для людини нюх стоїть на четвертому місці в низці п'яти почуттів. За рахунок зору ми отримуємо не менше 90% інформації про навколишній світ, а без нього людина використовує для орієнтації в просторі і розпізнавання живих і неживих об'єктів тактильні відчуття і слух.

Основні механізми роботи нюху вчені розшифрували зовсім недавно. Це відставання обумовлене не тільки недооцінкою важливості його ролі в житті людини, а й надзвичайною складністю пристрою нюшливих рецепторів.

Чим ми нюхаємо?

Гордон Шеферд, професор неврології Єльського університету, автор витримав кілька перевидань тритомника «Нейробіологія» і незрівнянний знавець механізмів передачі імпульсів синапсами дендритних шипиків нюшної цибулини (ось така у нього вузька спеціалізація), почав відповідь на це питання так: «Нам здається, що ми нюхаємо за допомогою носа, але це все одно що сказати, що ми чуємо мочками вух». Сам по собі ніс необхідний для того, щоб направити повітря, що містить ароматичні молекули, на нюхливий епітелій - симетричні ділянки слизової оболонки, що знаходяться глибоко в порожнині носа, трохи нижче рівня очей.

За рахунок складок, що за формою нагадують гребені, загальна площа нюшного епітелію у людини становить 5 − 10 см2. На цьому другому рубежі нюшної системи розташоване, за даними різних джерел, від 10 до 50 млн клітин, що здійснюють реєстрацію запахів. У тварин їх кількість, як правило, значно більша. Наприклад, нюхливий епітелій у вівчарок містить до 220 млн рецепторних клітин.

Смердючий рецептор являє собою сенсорну (чутливу) нервову клітку, від якої відходять два відростки. До порожнини носа - короткий дендрит (чутливий відросток нейрона), що має не менше 10 реснічок, кінчики яких знаходяться на самій поверхні нюшливого епітелію і виступають в слиз, що покриває його. До мозку - довший руховий (передавальний) відросток, аксон, що сплітається з аксонами інших нюльних нейронів в нитки ноняльного нерва, що проходять через отвори решітчастої кістки черепа в нюшникову цибулину - структуру мозку, що здійснює первинну обробку інформації про запахи. Нюхлива цибулина тим більша, чим гостріше нюх тварини, тому у собак-шукачів вона значно більша, ніж у куди більшому за розміром мозку людини.

З нюшної цибулини нервові імпульси надходять у первинні, а потім у вищі нюшовані ділянки кори головного мозку, що формують усвідомлене відчуття характеру та інтенсивності запаху. Кінцевим пунктом обробки даних про запахи є лімбічна система, що регулює емоційні та поведінкові реакції організму.

Як це працює?

Молекули ароматичних речовин, що потрапляють з струмом повітря в носову порожнину, розчиняються в сер, що покриває нюшний епітелій, і взаємодіють з рецепторними білками, що містяться в мембрані ресничок нюшників нейронів. Ця взаємодія змінює іонну проникність мембрани клітин і формує електричний імпульс, що передається по аксону клітини в нюх нерв і далі, аж до рухових нейронів спинного мозку, що дають м'язам команди затиснути ніс пальцями і відійти подалі - або навпаки.

З центральними механізмами системи нюху фахівці, що займалися її вивченням, розібралися досить давно, але білкові рецептори, безсумнівно присутні на мембранах дендритів нейронів нюшливого епітелію, багато років залишалися невловимими. Вирішити цю загадку вдалося тільки в 1991 році вченим Колумбійського університету Лінді Бак і Річарду Екселу. У 2004 році відкриття принесло їм Нобелівську премію з фізіології та медицини.

Традиційний підхід до вивчення механізмів роботи рецепторів нюху полягав у вимірюванні активності тих чи інших нейронів у відповідь на різні подразники. Для цього до нюшливих нервів тварин під'єднували електроди і давали їм вдихати різні речовини. У результаті вдалося з'ясувати тільки те, що один і той же нейрон може реагувати на різні речовини, проте механізми, що лежать в основі цього процесу, довгий час залишалися незрозумілими.

Бак і Ексел обрали принципово новий підхід - вони звернулися до генетики, що стрімко розвивається, і почали пошук генів, активність яких реєструється виключно в нюшному епітелії. Спочатку їх експерименти також були безуспішні, що пізніше Ексел пояснив існуванням величезної кількості білків-рецепторів, реакція кожного з яких на конкретний запах занадто слабка, щоб її можна було виявити існуючими методами.

Впоратися з цією проблемою вченим допомогла придумана Бак схема, за допомогою трьох допущень значно скоротила область пошуку. Згідно з першим допущенням, заснованим на наявних на той момент розрізнених наукових фактах, шукати слід було тільки гени білків, що володіють певною схожістю з родопсином - рецепторним білком, за рахунок якого відбувається формування електричного імпульсу в паличках сітківки ока, клітинах, що не розрізняють кольори, а реагують на зміну освітленості і забезпечують сутінковий зір. Крім того, шукані білки повинні були відноситися до одного сімейству, а кодуючі їх гени - проявляти активність виключно в клітинах нюшного епітелію.