На пути к бионике

Физическая, или так называемая колебательная, гипотеза связывает способность вещества издавать запах с вибрационными свойствами его молекул и со спектром их излучений на волнах определенной длины, то есть механизм ощущения запаха сходен с механизмом зрения: кванты инфракрасного излучения воздействуют на молекулы обонятельного пигмента, вызывая их перестройку, что влечет появление нервного сигнала.

Третья гипотеза - физико-химическая - берет свое начало со времен римского поэта и философа Тита Лукреция Кара. Ученый полагал, что в носовой области есть маленькие поры, различные по размерам и форме, в которые входят пахучие частички, испускаемые летучими веществами. Частички каждого пахучего вещества имеют присущую только им определенную форму и размеры, а распознавание каждого запаха зависит от того, к каким порам носовой области подходят эти частички. Разные поры- разные запахи.

Это интересное объяснение механизма обоняния, данное Лукрецием Каром, до середины XX века оставалось экспериментально не проверенным. Не было стереохимии - науки, изучающей пространственное строение молекул (она сформировалась в конце прошлого столетия), не было спектроскопических методов (они получили развитие во второй четверти XX века), с помощью которых можно определить размеры атомов и межатомные расстояния. И вот известный уже нам шотландский ученый Р. Монкриф в 1949 году выдвинул стереохимическую гипотезу, очень напоминающую догадку римского поэта.

Монкриф предположил, что обонятельная система содержит рецепторные клетки нескольких различных типов, каждый из которых соответствует определенному "первичному" запаху, и что молекулы пахучего вещества вызывают ощущение запаха, плотно входя в рецепторные участки - "лунки" этих клеток. Иными словами, молекулы пахучего вещества действуют на обонятельный эпителий не химически и не вибрационными свойствами, а просто своей формой и размерами. Здесь имеет место механическое взаимодействие молекул с рецепторными клетками. Молекула соответствующей конфигурации входит в углубление рецептора ("лунку") примерно так же, как штепсельная вилка в розетку, возникает нервный импульс. Допускается также, что некоторые молекулы могут входить в две разные розетки - одной стороной в более широкий рецептор, а другой - в более узкий. В таком случае возникает ощущение сложного запаха.

В 1952 году эта гипотеза была доказана экспериментально американским химиком-органиком Д. Эймуром (Калифорнийский университет в Беркли). Изучив запахи 600 органических соединений, он установил, что более ста имеют запах камфары. Помимо этого запаха, были выделены: эфирный, мускусный, цветочный, мятный, острый и гнилостный. Смешивая эти семь запахов в разных комбинациях и пропорциях, ученый получал любой из известных запахов (в этом смысле основные типы запахов можно сравнить с тремя основными цветами - красным, зеленым, синим и четырьмя категориями вкуса - сладким, соленым, горьким, кислым). Д. Эймуру удалось установить, что запах вещества определяется не столько его химической природой, сколько величиной и конфигурацией молекулы, а иногда и ее зарядом. Мускусный запах свойствен молекулам в форме диска, молекулы с камфарным запахом имеют форму шара и т. п. Был поставлен такой эксперимент. Д. Эймур спроектировал молекулу неизвестного дотоле вещества и предсказал, как оно будет пахнуть. Химики по его просьбе синтезировали вещество с такими молекулами, а опытные дегустаторы установили, что его запах именно таков, каким он должен быть по прогнозу Эймура. Последующие исследования показали также, что, кроме формы и размера молекул, запах зависит и от наличия в них особых функциональных групп, способствующих установлению контакта молекулы с "рецептивными участками" обонятельного эпителия. Таким образом, наши органы обоняния работают, по-видимому, по принципу "ключа и замка".

Рис. 13. Модели молекул веществ, создающих первичные запахи, и соответствующие им рецептивные участки