Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Тем временем идея карты подкреплялась экспериментальными исследованиями. Основная гипотеза гласила, что расположение клубочков в луковице предопределено генетически. Фиксированная генетическая карта организации клубочков считалась ключом к организации архитектуры луковицы, поскольку определяла ее строение. Основы такого предположения достаточно логичны: топографическое представление в других сенсорных системах, таких как зрение и слух, генетически предопределено. Цзоу отмечает: «В зрительной системе картина такова. Стимуляция отображается в топографическом представлении». Постнатальный опыт может дополнительно уточнять эти сенсорные карты. Но их основная организация определяется генетически, что обеспечивает стереотипность. Как говорит Аксель, от организма к организму их топография не меняется.

Сомнения относительно стереотипности карты обонятельной луковицы появились в связи с новыми данными о генетике рецепторов. Откуда все обонятельные нейроны узнают, куда идти? Кроме того, как эти клетки находят своих генетических двойников с такими же рецепторами? «Возник вопрос, как рецепторы это делают», – говорит Фаерштейн. Мы все еще этого не знаем. Вообще говоря, это незнание не связано с тем, что у нас нет общей теории слияния аксонов. Но процесс слияния аксонов обонятельной системы, по-видимому, происходит по другому механизму. «Хорошо, это рецептор запаха, – комментирует Грир. – Очевидно, что рецепторы запахов соответствуют друг другу. Но никто еще не смог показать, что рецепторы запаха отвечают за слияние аксонов и как они опосредуют этот процесс».

Как обычно нейроны находят свои мишени? Общее объяснение включает в себя продвижение аксона при развитии нервной клетки. В процессе роста аксоны находят свое место по цепочке химических градиентов. Такое перемещение аксонов стереотипно, то есть генетически предопределенно. Преимущество этого механизма в том, что он в значительной степени обеспечивает воспроизводимую «схему сборки» (шаблон с определенными морфологическими характеристиками тела). Фаерштейн приводит в качестве примера двигательную систему, в которой нервы, отходящие от спинного мозга, соединяются с определенными мышечными тканями. Откуда двигательные нейроны знают, к каким мышцам идти? Они растут в соответствии с химическим градиентом, который их привлекает, а после слияния в пучки направляет в специфические участки тела. «Смысл в том, что есть градиент какого-то химического вещества, от низкой концентрации до высокой, и аксоны имеют рецептор, который чувствует этот химический аттрактант».

Логично предположить, что аксоны обонятельных нейронов делают то же самое, протягиваясь по предопределенному химическому следу до своих клубочков. Соответственно, каждый рецепторный нейрон должен расти по заранее обозначенной траектории от эпителия к луковице. Скажем, нейрон с рецептором R1 направляется к конкретному месту в луковице – к клубочку {GR1}. Другой нейрон с рецептором R2 направляется к клубочку {GR2} и так далее. Однако серия экспериментов поставила под сомнение справедливость такой гипотезы. Несколько нестыковок, и идея об общей предопределенности строения луковицы распалась.

Первый удар по идее о стереотипном строении луковицы был нанесен в ходе еще одного эксперимента Момбертса[326]. Казалось бы, это был рутинный эксперимент, но результаты удивили всех. «Мне повезло, и я был там, когда они это делали, – рассказывает Фаерштейн. – Большая часть работы, которую мы здесь осуществили, была связана со схемой проведения сигнала в целом. Не со схемой проведения сигнала в луковице, а с тем, как весь эпителий подключен к луковице. Почему все аксоны с одинаковым рецептором собираются в пучок в клубочке? Считалось общепринятым, что так или иначе эти рецепторы находили что-то, что помогало их аксонам прокладывать путь к конкретным клубочкам». Но, как подчеркивает Фаерштейн, «Питер показал, что это, по-видимому, не так».

Эксперимент Момбертса следовал простому плану: выбрать один потенциально важный фактор, выделить его и изменить. А затем посмотреть на результат.

В лаборатории Момбертса генно-инженерным способом произвели три типа мышей с зелеными флуоресцентными белками (GFP, Green fluorescent protein), присоединенными к специфическим генам рецепторов. Флуоресцентные белки позволяют ученым наблюдать за ходом развития аксона. У одной популяции мышей белок GFP был соединен с геном рецептора I7, у другой – с геном M20, а у третьей ген M20 был заменен на ген I7 и связан с GFP. Куда направятся модифицированные нейроны, в которых ген M20 заменен геном I7?