Почему обоняние оказалось таким крепким орешком? Дело в том, что запах – куда более сложный феномен, чем вкус. Как мы узнали в предыдущей главе, эти две составляющие «вкуса» – точнее, вкусоаромата – пищи в действительности служат двум разным целям. Восприятие вкуса помогает нам распознать хорошую еду и отличить ее от плохой (испорченной или ядовитой) – то есть принять довольно простое решение «да/нет». Наш язык использует от тридцати до сорока видов рецепторов, чтобы идентифицировать пять или чуть больше базовых вкусов. Вкусовые ощущения более «материальны» и проще поддаются изучению. С другой стороны, обоняние отвечает на вопрос «Что это такое?», который предполагает гораздо более широкий и неопределенный спектр ответов. В мире существует огромное количество запахов, и наши носы должны быть способны распознать их все.
Давайте представим, что мы вдыхаем запах утреннего кофе. Пар, поднимающийся из чашки, несет в себе сотни различных пахучих молекул, которые при вдохе проникают в наш нос. За восприятие запаха у человека отвечает небольшой участок в верхней части носовой полости, называемый обонятельным эпителием. На этом участке суммарной площадью меньше 10 квадратных сантиметров сосредоточено около шести миллионов нейросенсорных клеток, каждая из которых имеет на своей поверхности один из примерно четырех сотен различных обонятельных рецепторов. (На самом деле некоторые клетки могут иметь один основной рецептор и один второстепенный, но мы можем проигнорировать здесь эту деталь.) Эти обонятельные нейросенсорные клетки посылают сигналы прямо в головной мозг, что делает их единственным видом нервных клеток в нашем теле, которые напрямую соединяют мозг с внешним миром.
Каждый рецептор, в свою очередь, распознает конкретные пахучие вещества (одоранты). Удивительно, но ученые до сих пор не знают, как именно происходит эта идентификация. Большинство считают, что молекулы каждого пахучего вещества имеют особую форму или структуру, которая соответствует по форме «карману» на соответствующей рецепторной молекуле (помните сравнение с ключом и замком или фотоаппаратом и футляром?). Однако некоторые ученые предполагают, что каждое пахучее вещество имеет свой уникальный паттерн молекулярных вибраций, который распознается рецепторами посредством загадочного процесса, называемого квантовым туннелированием. Между сторонниками структурной и вибрационной теорий распознавания запахов бушуют жаркие споры, хотя, судя по последним данным, сторонники структурной теории побеждают.
В нашем случае, однако, не столь важно, как именно происходит эта идентификация. Важно то, что каждый обонятельный рецептор распознает несколько разных одорантов, а каждый одорант активирует несколько разных рецепторов. Это означает, что каждый одорант активирует определенную комбинацию рецепторов – воспроизводит свой уникальный аккорд на нашей обонятельной клавиатуре. Кофе содержит не один вид одоранта, а сотни, и каждый звучит как уникальный аккорд в нашем головном мозге. Некоторые из этих аккордов звучат так тихо, что мы не можем их «расслышать» (говоря научным языком, их концентрация ниже нашего порога обнаружения). Но остальные сотни одорантов, концентрация которых превышает наш порог обонятельной чувствительности, подобны целому оркестру, где каждый инструмент играет собственную музыку. И из этой какофонии наш мозг каким-то образом извлекает гармонию: чудесный аромат утреннего кофе.
Неудивительно, что обоняние так трудно исследовать. Здесь замешаны три уровня сложности: разнообразие одорантов, разнообразие рецепторов и разнообразие «гармонических комбинаций». Давайте рассмотрим каждый из них в отдельности, начав с самих запахов. Никто точно не знает, сколько разных запахов существует в мире. На протяжении многих десятилетий стандартным ответом на этот вопрос было «около 10 000». Эта цифра приводилась повсюду – от книг по кулинарии до учебников по нейробиологии и научных трудов. Даже Ричард Эксел и Линда Бак, получившие Нобелевскую премию за исследование обонятельных рецепторов и организации системы обоняния, указывали эту цифру в своей фундаментальной работе. Овеянная нобелевской славой, гипотеза о «10 000 запахов» приобрела статус почти догмы. И способствовала укоренению представления о человеческой некомпетентности в богатейшем мире запахов: согласитесь, на фоне нашей способности различать, по последним оценкам, около 7,5 млн цветов и 340 000 звуков наша способность идентифицировать всего 10 000 запахов представляется довольно убогой.
Но более пристальный взгляд показывает, что цифра в 10 000 запахов буквально «взята из воздуха» и не имеет под собой никаких научных оснований. В далеком 1927 году двое химиков, Э.Ч. Крокер и Д.Ф. Хендерсон, решили, что все запахи, подобно вкусам, можно классифицировать на основе четырех независимых признаков. Если существуют четыре базовых вкуса – сладкий, кислый, соленый и горький (вкус умами в то время был еще неизвестен западной науке) – точно так же могут существовать и четыре базовых запаха: благоухающий, кислый, пригорелый и еще один, который они сначала назвали гнилостным, но позже переименовали в каприловый или козлиный. Далее они предположили, что каждый из этих четырех признаков может иметь свою интенсивность по шкале от баллов (отсутствие) до 8 (доминирование). Это значит, что существует 9 × 9 × 9 × 9 разных способов описать запах, что в общей сложности дает нам число 6561, которое они щедро округлили до 10 000. И это взятое с потолка число стало научной догмой. Если бы Крокер и Хендерсон решили включить пятый запах – скажем, мускусный – и оценивать интенсивность по шкале от до 9, мы бы сейчас мы говорили о 100 000 запахов.
Но чем дальше, тем интереснее. Джоэл Мейнланд, исследователь обоняния из Центра Монелла, решил, что может лучше справиться с этой задачей. Мейнланд – небольшого роста парень в очках, с живыми глазами, быстрой речью и страстной любовью к науке. Он начинал с изучения зрения, но вскоре понял, что в этой области трудно сделать научную карьеру. «Когда я посмотрел вокруг, то понял, что в исследованиях зрения уже достигнуты большие успехи, – говорит он. – Тогда как в исследованиях обоняния наука делает только первые шаги. Я решил выбрать неизведанный путь и переключился на обоняние». Это решение окупилось сторицей: Мейнланд стал одной из самых ярких восходящих звезд в науке об обонянии.
Недавно Мейнланд попытался найти более обоснованный способ определить, сколько разных запахов может существовать в мире. Его рассуждения выглядят так: чтобы мы почувствовали какой-либо запах, он должен быть летучим – то есть быть способным присутствовать в воздухе в газообразной форме. Большие молекулы, как правило, не способны на это; химики знают всего несколько пахучих веществ, молекулы которых содержат больше двадцати одного «тяжелого» атома, то есть с атомным весом больше, чем у водорода. Итак, давайте предположим, говорит Мейнланд, что пахучими свойствами могут обладать только вещества, чьи молекулы состоят из двадцати одного или меньшего количества тяжелых атомов. Что