Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать

Отличием запаховых рецепторов от остальных хеморецепторов остается то, что, во-первых, для доставки пахнущих молекул-одорантов к рецепторам из окружающей среды (у наземных позвоночных – из носовой слизи) используются специальные молекулы-переносчики. Они же после распознавания уносят одоранты от рецепторов. Во-вторых, до конца не понятно, что же рецепторы запаха все-таки распознают. Подавляющее большинство рецепторов других типов распознает или определенные химические связи, или пространственную форму молекул/конфигурации их электронных облаков по принципу «ключ-к-замку». Но, как оказалось, эта схема не совсем подходит для запахов: очень близкие по строению молекулы могут пахнуть совершенно по-разному, а очень разные – очень похоже.

На сегодняшний день есть несколько теорий распознавания запахов, которые принципиально можно свести к двум. Первая объединяет большинство остальных и сводится к той же модели «ключ-к-замку».

Наиболее разработанную версию такого подхода создал в конце 60-х годов британский биохимик Джон Эймур (John Amoor). В его модели специфическое распознавание запахов происходит с учетом не только формы молекулы, но и ее веса и заряда. Но основной идеей стереохимической теории Эймура является предположение о наличии семи «первичных» запахов или групп запахов, которым должны соответствовать семь видов рецепторов, различные комбинации возбуждения которых и формируют все разнообразие ароматов.

Это предположение в достаточной мере подтверждается работами Линды Бак и Ричарда Акселя (Linda Buck and Richard Axel), получившими в 2004 году Нобелевскую премию за открытие и описание работы генов, кодирующих одорант-связывающие рецепторы. Их комбинаторный подход предполагает, что один одорант способен возбуждать разные обонятельные нейроны (а каждый обонятельный нейрон несет только один вид обонятельных рецепторов), и в то же время каждый нейрон может возбуждаться несколькими одорантами. Разложить возбуждения от разных нейронов по полочкам и выстроить из них запоминаемую и узнаваемую систему запахов и помогают сравнительно сложно устроенные нейронные сети обонятельного мозга.

Альтернативная теория «магнитной карты» греческого биофизика Луки Турина не противоречит комбинаторному принципу формирования образа запаха в головном мозге, но рассматривает отличающуюся от модели Эймура механику взаимодействия одорантов с рецепторами. Турин в 1996 году предположил, что обонятельный рецептор реагирует на квантовые колебания пахнущей молекулы, попавшей внутрь его. Точнее, здесь может работать принцип квантового туннелирования электронов: электрон от аминокислоты рецептора с некоей ненулевой вероятностью туннелирует в ароматическую молекулу, где выделяет энергию, вызывая колебания, которые обратно воспринимаются рецептором. Возможно, именно для правильного позиционирования одоранта в рецепторе и нужны специальные белки-переносчики.

У этой теории достаточно много как экспериментальных подтверждений, так и опровержений. Не последнюю роль играет, с одной стороны, особая субъективность восприятия запахов, которую нельзя количественно измерить, как, скажем, частоту звука или света, с другой – многоплановое участие в работе обонятельных нейронов их непосредственного клеточного окружения, что чрезвычайно сложно воспроизвести в экспериментальных лабораторных исследованиях на изолированных клетках.

Роль окружения обонятельных биполярных нейронов особенно наглядно проявилась при анализе развития одного из наиболее часто встречающихся симптомов новой коронавирусной инфекции – исчезновении способности воспринимать запахи (аносмии).

Первоначально предполагалось, что этот симптом при COVID-19 вызван обилием носовой слизи и ее меняющимися механическими свойствами. Но это предположение не подтвердилось: аносмия развивалась и длительно сохранялась и при практически полном отсутствии слизи, при полностью сухом носе. Возникли ужасающие предположения, что вирус способен проникать в обонятельные нейроны, убивая их, и двигаться дальше, в головной мозг, вызывая необратимые последствия. К счастью, и эта гипотеза не подтвердилась.

Обонятельные биполярные нейроны совершенно не имеют рецепторов АСЕ2, через которые вирус SARS-CoV-2 проникает в клетку, но ими перенасыщены окружающие их клетки, в первую очередь так называемые опорные клетки обонятельного эпителия.