Я познаю мир. Тайны человека

Обонятельные клетки человека не обладают высокой чувствительностью. Они способны почувствовать запах и возбудиться, если на клетку будут одновременно действовать не менее 8 молекул пахучего вещества. Только тогда чувствительная клетка начнет посылать информацию в мозг. В свою очередь, мозг ощутит запах, если получит сообщение не менее чем от 40 обонятельных клеток.

Каждая обонятельная клетка человека снабжена одним из 7–14 типов приемных устройств, каждое из которых настроено на восприятие лишь одного типа запахов. 7–14 типов приемников не много, тем не менее обонятельно одаренные люди узнают с их помощью больше 10 тысяч запахов. Кролик, вероятно, располагает 24 типами приемных устройств, а собака 25–35. От количества приемных устройств зависит способность различать и запоминать близкие запахи.

Мизерные обонятельные способности современного горожанина отчасти объясняются плохой тренированностью нашего носа. А вот пигмеи африканских джунглей во время охоты широко пользуются им. Среди промысловых охотников Сибири попадаются люди, способные в кромешной тьме свободно ходить по лесу. Обоняние помогает им ощущать запах древесных стволов и не натыкаться на них в потемках. Слепые от рождения люди обычно обладают утонченным обонянием, тренируя его с раннего детства, что отчасти компенсирует им отсутствие зрения.

Секреты обоняния

Нельзя сказать, что ученых не интересовал вопрос, как различают запах обонятельные клетки. Интересовал, но окончательно разобраться в этом вопросе до сих пор не удалось, хотя придумано много теорий, старающихся объяснить секреты взаимодействия обонятельных клеток с пахучими веществами.

В настоящее время большинство ученых считают, что пахучие вещества и чувствительные обонятельные клетки взаимодействуют, как ключ и замок. Видимо, запах любого вещества напрямую не связан с химическими особенностями атомов, из которых состоят молекулы пахучих веществ, а зависит исключительно от размера и формы их молекул, от распределения на их поверхности электрических зарядов или наличия особых участков. В соответствии с этим на поверхности обонятельных клеток находятся лунки, имеющие форму молекул пахучих веществ. Если молекула пахучего вещества попадает в соответствующую ей лунку и благодаря соответствию своей формы, а также с помощью электрических зарядов или других приспособлений прочно в ней удерживается, обонятельная клетка возбуждается и посылает в мозг сигнал, что ощущает присутствие молекул определенной формы, то есть о том, что уловила определенный запах.

Считается, что подобно тому, как все мыслимые оттенки цвета могут быть получены путем смешения семи основных цветов, так и запахи могут быть составлены из 7–14 первичных запахов: камфорного, мускусного, цветочного, мятного, эфирного, едкого и гнилостного.

Камфорным запахом обладают небольшие шаровидные молекулы, состоящие из 8–30 атомов диаметром 0,000 007 миллиметра.

Молекула самой камфоры, формула которой – С₁₀Н₁₆О, состоит из 27 атомов: 10 атомов углерода, 16 атомов водорода и 1 атома кислорода.

Молекулы вещества с мускусным запахом имеют форму плоского диска диаметром 0,000 001 миллиметра. У молекул с цветочным запахом – дискообразная головка диаметром 0,000 009 миллиметра и хвостиком толщиною 0,000 004 миллиметра и длиной не меньше 0,000 007 миллиметра, слегка поджатым, как у провинившейся собаки. Поэтому углубление в лунке для хвостика должно быть значительнее, чем для головки.

"Замочная скважина" для веществ с эфирным запахом имеет продолговатую форму. Ее ширина равняется всего 5, глубина 4, а длина 17 десятимиллионным частям миллиметра. Предполагается, что крупные молекулы, имеющие эфирный запах, полностью заполняют лунку, а маленькие укладываются туда по две.

Едкий и гнилостный запахи свойственны очень маленьким молекулам. Молекулы, имеющие едкий запах, несут положительный заряд, а гнилостный – отрицательный заряд. "Ключи" по форме и размеру должны соответствовать "замочной скважине". Слишком маленький "ключ" вывалится раньше, чем клетка почувствует его присутствие, а чересчур большой вообще туда не попадет. Поэтому вещества, состоящие из очень маленьких молекул, таких, как вода (она состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода), и из таких больших, как многие белки, состоящие из сотен атомов разных веществ, запаха не имеют.

В молекуле пахучего вещества важно местонахождение заряда, или особой группы атомов. Они должны лечь только на соответствующее устройство "замочной скважины". От этого зависит запах. Молекула, состоящая из 11 атомов углерода, 22 атомов водорода и одного атома кислорода

СН₃–СО–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₃

(на самом деле, молекула не имеет такой прямой линейной формы) пахнет рутой (рута – небольшое растение, в диком виде растущее в Крыму). Присмотревшись к этой молекуле, нетрудно заметить, что атом кислорода, который двойной связью крепится ко второму слева атому углерода, нетрудно переместить к третьему, четвертому, пятому или шестому атому углерода этой цепной молекулы. Что же при этом произойдет с запахом?

Оказывается, при перемещении атома кислорода к середине молекулы запах руты постепенно убывает, и возникает фруктовый запах. Видимо, существуют разные "замочные скважины" для молекул с кислородом, находящимся в конце и в середине цепочки атомов углерода.

Известно несколько веществ с общей для всех кольцеобразной формой молекул, с коротеньким хвостиком, имеющих одинаковый размер, но собранных из различных атомов и в химическом отношении не имеющих ничего общего, хотя они и обладают запахом миндаля. Замена в кольцевой части молекулы одного из атомов водорода соединением из атомов кислорода, углерода и двух атомов водорода (ОСН₂) изменяет их запах на ванильный.

Молекулы многих веществ, строго сохраняя свое химическое строение и состав, могут иметь различную форму.

Две различные формы может иметь молекула вещества, состоящего из 6 атомов углерода, 10 атомов водорода и одного атома кислорода. Упрощенно их форму можно передать следующим образом:

НС–СН₂–СН₃

СН–СН₂–СНО

СН₃–СН₂–СН

СН–СН₂–СНО

Их запах не имеет ничего общего.

Сложный запах может создаваться при одновременном действии нескольких различных молекул или благодаря тому, что молекула пахучего вещества действует одновременно разными своими частями на несколько чувствительных участков обонятельной клетки. Крупные молекулы могут одновременно дотягиваться до двух "замочных скважин". Мелкие занимают первую попавшуюся.

Гурманы и дегустаторы

Вкус пищи у человека определяет химическая "лаборатория", находящаяся во рту. Она работает в содружестве с обонятельной "лабораторией", определяя качество и привлекательность пищи. Расположение вкусового анализатора именно во рту кажется наиболее удачным, конечно с нашей человеческой точки зрения. Кое–кому это не подходит. У комнатной мухи вкусовой анализатор расположен на лапках. Ей это удобно. Сядет муха на кусочек протухшей колбасы – и ей сразу ясно, что она нашла что–то вкусненькое.

Гамма вкусовых ощущений также создается путем сочетания простых компонентов. Их гораздо меньше, чем обонятельных. Для человека называют 4: сладкое, соленое, кислое, горькое. Есть животные, способные почувствовать вкус только одного–двух элементов.

У синей мухи вкусовые рецепторы находятся на покрытом волосками хоботке. В основании каждого волоска три чувствительные клетки. Удалось выяснить, что две из них анализируют вкус, третья служит осязательным рецептором. В микроскоп видно, что одна из обонятельных клеток похожа на букву S, другая имеет форму запятой. Надев на волосок тончайшую капиллярную–трубочку, заполненную исследуемым веществом, и регистрируя электрические реакции нервных волокон, ученые подслушали, какие сообщения посылают рецепторы крохотному мушиному мозгу. Оказалось, что S–образная клетка реагирует только на сахар, а вторая – на такие вещества, как соль, кислоты, алкоголь, но ни при каких условиях не отвечает на сахар.