Просто осязание

Основное действующее вещество мяты – ментол, а его эквивалентом в перце чили является химическое вещество капсаицин. Менее острые сорта перца чили, такие как анахайм, содержат низкую концентрацию капсаицина, в то время как очень жгучие, к примеру перец Бхут Джолокиа, могут производить примерно в тысячу раз больше этого химического вещества. Так почему же мы биологически предрасположены воспринимать ментол как прохладный, а капсаицин как горячий?

Одна из теорий гласит, что в коже есть определенный вид нервных окончаний, которые чувствуют холод, и другой вид, реагирующий на ментол. Сигналы, передаваемые этими различными волокнами, сходятся в мозге: мята и охлаждение могут ощущаться одновременно, поскольку активируют одну и ту же область мозга, предназначенную для ощущения холода. Аналогичным образом отдельные восприимчивые к теплу и капсаицину нервные волокна направляют свои импульсы в чувствительную к теплу область мозга.

Эта гипотеза основывается на конвергенции сигналов в соматосенсорной коре, и, хотя она разумна и привлекательна, на самом деле абсолютно неверна. Откуда нам это известно?

Во-первых, мы можем регистрировать импульсы от отдельных чувствительных нервных волокон в руке, которые отзываются как на тепло и капсаицин, так и на другие отдельные нервные волокна, реагирующие и на ментол, и на охлаждение. Они показывают, что температурные и химические сигналы присутствуют в нейронах, иннервирующих кожу задолго до того, как любые сигналы достигнут мозга.

Во-вторых, у нас есть молекулярные доказательства. В эпидермальном слое кожи имеются свободные нервные окончания, содержащие датчики на внешней мембране, которые называются TRPV1. Эта молекула белка реагирует как на тепло, так и на капсаицин, открывая ионный канал – пору, позволяющую положительным ионам течь внутрь, тем самым вызывая срабатывание сенсорного нейрона. Также существуют свободные нервные окончания, содержащие другой датчик, – TRPM8, который отзывается как на ментол, так и на охлаждение. Ответ на нашу загадку заключается в том, что метафора рождается не в культуре или даже в области мозга. Она закодирована в сенсорных молекулах нервных окончаний кожи.

Как развивалась эта молекулярная метафора? Как термодатчики, такие как TRPV1 и TRPM8, стали чувствительными к элементам растительных продуктов: капсаицину и ментолу? Мы не можем знать наверняка последовательность эволюционных событий, породивших эти двухфункциональные датчики. Наилучшим предположением является то, что TRPV1 и TRPM8 эволюционировали у некоторых животных в качестве датчиков температуры и что некоторые растения позднее разработали соединения, которые активировали бы их, чтобы сдерживать хищников. Таким образом, растения, продуцирующие ментол и капсаицин, будут обладать преимуществами выживания и размножения и станут более распространенными в популяции этого вида. В этом сценарии именно эволюция растений, а не животных, изначально определяет свойства сенсоров.

Дэвид Джулиус и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско изучили молекулярные свойства TRPV1 и TRPM8. Они использовали генетические манипуляции, чтобы заставить клетки почек или яйца лягушек, выращенные в пробирке, производить большое количество TRPV1 или TRPM8 во время записи показаний датчиков клеточной мембраны, которые стимулируются электрическими импульсами. Исследования показали, что особенности этих молекул объясняют аспекты нашего повседневного тактильного опыта.

К примеру, масло эвкалиптового дерева содержит вещество, называемое эвкалиптолом, которое, подобно ментолу, может активировать TRPM8, вызывая ощущение прохлады. Вот почему экстракт эвкалипта часто используется в успокаивающих кремах для кожи, жидкостях для полоскания рта и горла.

Функция TRP также может повлиять на пляжный отдых. Если вы слишком долго находитесь на солнце, то возникший солнечный ожог приведет в движение каскад воспалительных процессов в вашей коже, включая выработку соединений, называемых простаноиды и брадикинины. Эти химические вещества понижают температурный порог активации TRPV1 с 43 °C до 30 °C. В результате, когда вы вернетесь домой с пляжа и пойдете в душ, чтобы смыть оставшийся песок и солнцезащитный крем, температура воды, которую вы обычно выбираете, будет казаться слишком высокой.

Другой пример – кормушки для птиц. В то время как у млекопитающих есть стандартная форма TRPV1, активируемая как капсаицином, так и теплом, птицы совершенно равнодушны к капсаицину, так как вообще не могут его обнаружить. Орнитологи часто засыпают семена в кормушках семенами перца чили, чтобы белки не воровали птичью еду. Интересно, что птицы и ростки перца находятся в симбиозе. Когда млекопитающие едят перец, они обычно разрушают семена своими зубами. Птицы же не имеют зубов и поэтому пропускают большую часть семян через пищеварительную систему без повреждений. Испражняясь, они распространяют жизнеспособные семена в новые места. Это беспроигрышная ситуация и для птиц, и для растений.