Техника - молодёжи 1964-11, страница 44

А • человеческом обществе? Кто сказал, что проблема запаха и обоняния — монополия парфюмерии и гастрономии?

Некоторые болезни (ран, дифтерит) сопровождаются появлением специфических запахов, распространяемых организмом больного. Не исключено, что многие из них мы просто не воспринимаем, как не слышим ультразвука, не видим ультрафиолета. Но если акустика и спектроскопия располагают приборами, улавливающими неслышимое и невидимое, то науке о запахе еще предстоит создать искусственный нос для восприятия всей гаммы запахов. И не только для целей медицинской диагностики. Для контроля за технологическими процессами на химических заводах. Для заблаговременного предупреждения о пожаре. О химическом нападении. О загрязнении воздушного бассейна вредоносными газами. О приближении грозы. Даже опасного зверя. Стоит ли продолжать? И без того ясно, сколь соблазнительно освоить мир запаха так же хорошо, как мир света, цвета и звука.

Увы, покамест для характеристики запаха у нас зачастую нет иных, более точных «единиц», чем «сильно» или «слабо», «ой, как здорово!» или «фу, какая мерзость!». Нет, не потому, что мы не умеем измерить концентрацию химических веществ в воздухе. Или проанализировать самую сложную композицию. Дело тут много хитрее.

Ванилин легко уловить, даже если его каких-нибудь 0,0000002 мг в кубометре воздуха. В то же время диэтиловый эфир чувствуется лишь при концентрации 1 мг в кубометре воздуха. Разница — в 20 миллионов раз! Вроде бы состав известен. Концентрация тоже. Только вот нан увязать количественные мерки с качественными характеристиками запаха?

Ответить на детски наивный и философски глубокомысленный вопрос: «А почему оно так пахнет?» — химики пытались уже давно. Что являет собой действующее начало запаха? Было установлено несколько эмпирических правил, связывающих благоухание или зловоние со строением молекулы. Например, чем разветвленнее углеродный скелет у некоторых углеводородов, тем сильнее пахнет вещество. В ряду некоторых спиртов и альдегидов сила запаха возрастает при увеличении числа атомов углерода в каркасе молекулы от четырех до восьми.

вот, пожалуй, и все. Маловато, чтобы навести порядок а океане экспериментальных фактов. В самом деле. Вот перед вами циклооктан и гексахлорэтан. Молекула первого — восьмиугольник, напоминающий венок. Второго — гроздь винограда. Одна составлена из углерода и водорода. Другая из углерода и хлора. Ничего общего! А пахнут одинаково. Причем пахнут третьим веществом, не похожим ни на одно из исходных, — камфарой. Или взять два оптических изомера. Два вещества, абсолютно не различимых по своим химическим свойствам. Они отличаются тем, что молекула одного соединения является зеркальным отображением молекулы другого. И только. А запах у них разный!

Большинство ученых стало склоняться к мысли, что связи между химической природой в.еществ и их запахом не существует.

6 поиск включились физики. Нет ли у одинаково пахнущих веществ каких-то общих физических свойств?

По характерному зловонию легко обнаружить 0,0000000025 мг метилмернаптана. Это в 250 раз меньше минимального количества натрия, - которое определяется одним из самых могущественных методов — спектральным анализом! А нос запросто его воспринимает.

Эта потрясающая чувствительность носа натолкнула ученых на новую идею. А что, если действующее начало запаха — какое-то излучение! Тогда понятно, почему насекомые своими усиками-антеннами чувствуют «духи» своей избранницы за добрый десяток километров.

Выяснилось, что молекулы пахнущих веществ поглощают и испускают излучение с длиной волны от 1 микрона до 100 минрон. Человеческое же тело при нормальной температуре, в свою очередь, поглощает и испускает волны в диапазоне 4—20 микрон. Иными словами, оно настроено на тот же диапазон. Может, это и есть разгадка? Может, основным запахам соответствуют «радиопередачи» молекул на волнах разной длины в пределах инфракрасной области спектра, воспринимаемые носом? Но почему же тогда одинаково пахнут вещества, поглощающие в «том диапазоне излучение разной частоты? А наши оптические изомеры? Их спектр поглощения абсолютно одинаков. Между тем пахнут они по-разному. Как »то объяснить с точки зрения излучательной гипотезы? Пона никак.

Любопытно, что простое объяснение механизма обоняния было выдвинуто всего... 2000 лет назад! Ёго автор — поэт и философ Тит Лукреций Кар. Античный ученый полагал, что в носовой полости есть крошечные лоры разного размера и формы. Каждое пахнущее вещество, рассуждал он, состоит из мельчайших корпускул различной формы. Ощущение запаха возникает в тот момент, когда крошечные крупицы проникают в поры носовой полости. Разные поры — разные запахи. Понадобилось чуть меньше двадцати столетий, чтобы подготовиться к экспериментальной проверке догадки великого атомиста. Странно? Нисколько. Лишь

в конце прошлого века сформировалась стереохимия, которая изучает пространственное строение молекул. А квантовая теория и спектроскопические методы, которые дали химикам возможность рассчитывать размеры атомов и межатомные расстояния, встали на ноги лишь во второй четверти нашего столетия.

В 1949 году шотландский ученый Монкриф вслед за Лукрецием предположил, что концы нервных волокон содержат рецептивные «лунки» различных форм. Когда та или иная молекула попадает «в лузу», в мозг поступает нервный импульс. Если, конечно, она подходит по форме к лунке, как ключ к замку. Но на сколько типов делится все богатейшее многообразие этих форм?

Ответ принесли исследования англичанина Эймура.

Из 600 изученных органических соединений более 100 имели запах камфары. Помимо камфарного, были выделены такие: мускусный, цветочный, мятный, эфирный, острый и гнилостный. Семь цветов радуги — семь основных компонентов запаха. Нет, пожалуй, лучше сравнить их с четырьмя основными вкусами в кулинарии: сладким, соленым, кислым и горьким. Любой из известных запахов можно получить смешением в определенных пропорциях! Структура молекул каждого типа была определена спектроскопически. Оставалось найти форму лунок.

iB занимательных задачах нередко предлагается подобрать пробку такого профиля, чтобы она могла заткнуть сразу несколько отверстий. Здесь, напротив, пришлось подбирать замочную скважину, годную сразу для многих ключей. Скажем, для всех молекул с камфарным запахом. И не подходящую для любой молекулы с другим основным запахом.

Помните, как несхожи молекулы циклооктана и гексахлор-этана? Если, однако, построить их модели с учетом размеров атомов и межатомных расстояний (вот где понадобилась вся мощь современных аналитических методов!), получится, что обе они в общем-то похожи по форме. И запросто войдут в чашевидную впадину. Молекула камфары тоже. Так мало-шомалу были найдены формы рецепторов для всех основных запахов. Впадина рецептора цветочного запаха, например, очень напоминала замочную скважину. К слову сказать, стереохимическая гипотеза Монкрифа—Эймура весьма близка к концепции «ключа и замка», «матрицы и пуансона», лестно зарекомендовавшей себя у биологов при объяснении взаимодействия энзимов с субстратом и антител с антигенами.

Несколько сложнее обстояло дело с носителями острых и гнилостных запахов. Их молекулы отличались богатейшим разнообразием «архитектурных стилей». И решающим для них оказалась уже не форма и не размеры — отношение к электрическим зарядам. Так вот, острый запах — у молекул, тяготеющих к зарядам со знаком «минус», гнилостный — со знаком «плюс»,

Обычно тонкая оболочка, покрывающая нервное окончание, электрически поляризована. Если снаружи она заряжена положительно, то изнутри — отрицательно. Возбудить нерв — это деполяризовать оболочку волокна. Подобный «разряд» длится ничтожно мало и стремительно распространяется по нервной ниточке. Мозг же получает Сигнал, который впоследствии преобразуется в различные эмоциональные акты — скажем, в тургеневское восклицание, приведенное в начале статьи.

Стереохимическая гипотеза Эймура предсказала запах многих веществ, исходя лишь из их формы и размеров. Например, в одном из опытов модель молекулы входила сразу в три ячеини, одна из которых соответствовала цветочному запаху, вторая — мятному и третья — эфирному. Гипотеза утверждала, что вещество должно дать композицию из этих трех основных запахов. Так и случилось: вещество пахло виноградом. Потом водород был замещен на более громоздкую метильную группу СН_Э. Новая молекула входила лишь в одну из луной, соответствующую эфирному запаху. И опять эксперимент подтвердил предположения: вещество пахло эфиром.

Теоретические выводы неоднократно проверялись на дегустаторах-виртуозах. В том числе на насекомых. И во всех случаях догадна двухтысячелетней давности выдержала экзамен на звание теории.

Новая теория, несомненно, подсобит ученым ■ моделировании органа обоняния. Уже созданы приборы-дегустаторы, которые соперничают своей деликатностью с человеческим носом. Они способны анализировать букеты запахов и определять сорта вин, табака, кофе, бензинов, медикаментов, пищевых продуктов, цветов. Ученые собираются использовать и «живые детекторы». Полагают, например, что электронная машина, присоединенная к нервным узлам головного мозга мухи, сумеет считывать электрические сигналы, возникающие при воздействии запахов на «антенны» насекомого. Быть может, таким путем удастся значительно расширить диапазон чувствительности человеческого носа, составить шкалу «инфра-» и .«ультразапахов».

Освоение мира запахов продолжается.