Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Весь XX век химики надеялись научиться предсказывать запах на основании структуры молекул. Однако ими двигал интерес не к восприятию запахов, а к коммерческому производству синтетических парфюмерных материалов. «Я должен сказать, что этим занимались многие химики, – рассказывает Гилберт. – И отчасти это делалось в промышленности. Люди создавали новые молекулы и проверяли, можно ли их воспроизвести в коммерческих интересах. Эти ребята пытались представить себе… сделает ли гидроксильная группа запах более пряным? Существует ли какой-то химический код? Бесплодные затеи, поскольку запах здесь, – показывает он на голову. – Запах не кодируется никакими структурами».

В химии ароматов продолжаются исследования связи структуры молекул с запахом, часто без учета биологии. Как заметила Воссхолл, это результат прагматического мышления: «Им нужно создавать компоненты духов, которые составят фантастические ароматы, и у них нет большого интереса к фундаментальной науке. Они заняты бизнесом, они должны делать деньги. И поэтому им нужны ингредиенты, но у них нет времени на [биологические тонкости]».

Но химия не соответствует воспринимаемому пространству. Смит комментирует: «Фантазия химиков – то, что, узнав структуру одорантов, они узнают их перцептивные свойства. Так не работает. С натяжкой они могут к чему-то прийти, но это лучшее, что они сумеют сделать. Я не думаю, что это поможет нам глубже проникнуть в природу восприятия запахов как таковых или запахов как промежуточного звена между молекулой и нюхающим».

И все же что означает сходство молекул в рамках моделей, связывающих структуру молекул и их запах? Марго отмечает: «Есть много методов для подробного изучения, что делает две молекулы одинаковыми или разными. Не существует какого-то универсального правила, позволяющего сказать, что две молекулы схожи или несхожи, поскольку на бумаге они могут быть очень близки, но между ними – огромная пропасть. Так называемые энантиомеры [молекулы, являющиеся зеркальным отображением друг друга] очень похожи, как предмет и его отражение, но они совсем разные».

Действительно, существует множество отклонений от правил, связывающих структуру молекулы и ее запах. Есть несколько примеров почти идентичных по структуре одорантов с достаточно сильно различающимися запахами, например, изостеры. Напротив, различные по структуре молекулы могут производить удивительно похожие запахи. Прекрасный пример – мускус, важнейший ингредиент многих духов. Мускусы очень разнообразны, как показано на рис. 3.2. Вы видите четвертичный мускус тоналид, макроциклический мускус мускон, нитроароматический кетон и алифатический гельветолид. Откуда нос знает, что все они пахнут мускусом?

Кроме того, даже мономолекулярные растворы не всегда пахнут одинаково. Известно несколько случаев, когда запах зависит от концентрации гомогенного раствора. Например, раствор этиламина (CH₃CH₂NH₂). Концентрированный раствор издает аммиачный запах, а разбавленный пахнет рыбой. Аналогичным образом, дифенилметан ((C₆H₅)₂CH₂) в концентрированном виде пахнет апельсином, а в разбавленном – геранью[179].

РИС. 3.2. Примеры разных по структуре молекул с запахом мускуса. Источник: © Ann-Sophie Barwich.

Однако Келлер считает, что эти известные примеры объясняются возможностью опубликовать результаты: «В случае 99,5 % запахов восприятие совсем не изменяется. Могу я это на это сослаться? Нет, поскольку теперь нет таких дотошных и глупых людей, которые провели бы такой эксперимент. Но когда выясняется, что запах какого-то вещества зависит от концентрации, это проверяют и пишут статью, так что я могу процитировать, что такое-то свойство меняется с разбавлением. Но я не могу процитировать, что оно не меняется. Каждый, кто работает с запахами, знает, что более чем в 99 % случаев они не меняются. Люди, которые не работают с запахами, а лишь знают о них из литературы, думают, что запах всех веществ сильно зависит от концентрации. Но это исключительные случаи».

Объяснение таких отклонений нужно искать в системе, допускающей подобные эффекты. Экри рассказывает, что примеры, когда качество запаха изменяется в зависимости от концентрации, связаны с присутствием в молекуле двух активных участков (аналогично тому, как в молекуле антигена могут существовать два разных эпитопа). Например, 2-метил-изоборнеол (C₁₁H₂₀O) в низкой концентрации имеет землистый запах, а в высокой – запах камфоры. Если вы посмотрите на его структуру, с одной стороны, он похож на камфору (C₁₀H₁₆O). Но он также похож на геосмин (C₁₂H₂₂O), а порог восприятия для геосмина в тысячу раз ниже, чем для камфоры. Если бы порог восприятия двух молекул был одинаковым, мы бы не чувствовали никакой разницы в запахе. Следовательно, для объяснения устойчивости и вариаций в восприятии запахов нужно понимать сенсорные механизмы, такие как связывание молекул, а не только структуру стимулов как таковых.