Введение. 2
Основная часть. Анатомическое строение обонятельной системы. 5
Заключение. 21
Литература.. 23
Введение
Способность человека различать запахи не является выдающейся.
Многие представители животного мира намного превосходят нас в этом. Но все же и мы умеем распознавать достаточно много - средний человек, как считается, может распознать до 10 000 отдельных ароматов. Но описать какой-либо запах мы можем, только сравнив его с другим, всем известным.
До недавнего времени люди мало знали о чувстве обоняния. У науки не было возможности измерить силу запаха, как, скажем, мы измеряем силу света. "Было бы хорошо, если бы один запах соответствовал короткой длине волны, а другой длинной, например, запахи розы и скунса, и Вы могли разместить каждый запах в рамках этой линейной шкалы," сказал Рэндалл Рид, исследователь HHMI (Howard Hughes Medical Institute) в Johns Hopkins University School of Medicine, который долго интересовался обонянием. "Но нет никакой шкалы запаха, так как молекулы с приятным запахом сильно отличаются друг от друга по химическому составу и объемной форме ".
Много непонятного таилось и в самой природе запахов. Хотя разных "ароматических" гипотез было изобретено немало.
Тит Лукреций Кар, автор поэмы "О природе вещей", написанной свыше двух тысячелетий назад, предложил такое объяснение чувству обоняния. Он полагал, что в полости носа есть маленькие поры, различные по размерам и формам. Всякое пахучее вещество испускает крошечные частицы, которые входят в соответствующие поры полости носа, словно ключ в замочную скважину. Позднее природу запахов ученые попытались объяснить особенностями химического состава вещества. Частицы Лукреция получили название молекул. Каждая молекула, дескать, имеет свою пространственную форму, отсюда и разница в запахах. Однако довольно скоро выяснилось, что в природе есть немало соединений-родственников, которые имеют почти одинаковое стереохимическое строение, состоят из одних и тех же атомов, а пахнут совершенно по-разному.
Теория "ключа и замка" оказалась верной лишь в самом первом приближении.
Пахучее вещество действительно должно обладать рядом определенных свойств.
Чтобы возбудить обонятельные клетки, вещества должны быть летучими, то есть они должны выделять пары, которые могли бы проникнуть в носовую полость, и быть растворимыми в воде настолько, чтобы раствориться в слизи и достичь обонятельных клеток. Что же касается формы молекул, то исследования с помощью рентгеновских лучей, инфракрасной спектрометрии, электронно-лучевого зондирования и т.д. показали, что между формой молекулы и ее запахом нет такого уж строгого соответствия.
До начала девяностых о том, как именно человек и другие млекопитающие распознают запахи, было известно довольно мало. Ученые знали, что пахучее вещество "улавливается" в носовой полости специальными обонятельными клетками, затем сигнал от них поступает в мозг, точнее, в его часть, называемую обонятельной луковицей. На этом, по большому счету, знания биологов заканчивались - как именно человек различает около 10 тысяч запахов, им оставалось лишь предполагать.
В 2004 году американцы Ричард Аксел и Линда Бак, были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Свое главное открытие они сделали относительно недавно - в 1991 году, изучая систему обоняния животных и человека. Можно сказать, это исследование поставило точку в изучении физиологии чувств человека.
Ключом к разгадке принципов работы обонятельной системы стало обнаружение огромного семейства из приблизительно тысячи генов, управляющих работой обонятельных рецепторов. В 2001 году Линда Бак и ее коллеги создали детальную карту обонятельной системы. Им удалось распознать "коды", которые получает мозг в ответ на тот или иной запах, а также определить, как при этом меняется поведение животного. Ученых поразило то, что в распознавании запахов задействовано более трех процентов общего количества генов организма.
Основная часть. Анатомическое строение обонятельной системы.
"Нам кажется, что мы нюхаем с помощью носа, но говорить так это все равно, что сказать, что мы слышим мочками уха," пишет Гордон Шепэрд, профессор неврологии Йельского Университета. "На самом же деле, внешняя видимая часть носа служит только для того, чтобы впустить и направить по каналу воздух, содержащий ароматические молекулы". При вдохе через нос воздух вместе с молекулами пахучего вещества (называемого обонятельным стимулом или одорантом) проходит в каждой из двух носовых полостей по щелевидному каналу сложной конфигурации, который образован продольной носовой перегородкой и тремя носовыми раковинами. Здесь воздух очищается от пыли, увлажняется и нагревается. Затем часть воздуха поступает в расположенную в верхней задней зоне канала обонятельную область, имеющую вид щели, покрытой обонятельным эпителием.
Расположенные на самом верху носовой полости позади своеобразной петли, обонятельный эпителий занимает площадь лишь в несколько квадратных сантиметров. Он содержит около 5 миллионов обонятельных нейронов, а также поддерживающие и стволовые клетки. Существует два таких участка - по одному на каждой стороне носа, расположенные по горизонтальной линии чуть пониже уровня глаза.
Каждый обонятельный нейрон в эпителии имеет, по крайней мере, 10 ресничек, которые выходят в тонкую пленку слизи, покрывающую поверхность клеток. На этих ресничках находятся белки - обонятельные рецепторы (ОР), способные избирательно связываться с определенными молекулами (лигандами), присутствующими во внешней среде.
ОР - довольно длинные белки, имеющие сложную структуру. Каждый ОР пронизывает мембрану 7 раз, образуя несколько петель вне клетки и внутри нее. Когда наружная часть рецептора связывается с лигандом, внутренняя часть рецептора меняет свою конфирмацию и тем самым передает сигнал внутрь клетки, что в конечном итоге приводит к возбуждению нейрона (генерации нервного импульса). Импульс передается по аксону («выходному» отростку нейрона) в специальный отдел нервной системы, ответственный за восприятие обонятельной информации - «обонятельную луковицу» и специальным центрам в головном мозге.
Эпителий в обеих носовых полостях у человека содержит приблизительно 10 млн. обонятельных нейронов (у кролика - около 100 млн., а у немецкой овчарки - до 225 млн). Каждый обонятельный нейрон имеет только один тип обонятельных рецепторов и воспринимает, соответственно, только один вид запахов. Аксоны нейронов, имеющих один и тот же рецептор, идут все вместе в строго определенный участок обонятельной луковицы.
Схема строения обонятельной системы. Отростки нейронов, несущих разные рецепторы, идут в разные гломерулы обонятельной луковицы.
Принимая во внимание, что общее число обонятельных нейронов у человека около 10 млн., число обонятельных рецепторов одного типа исчисляется в среднем десятками тысяч.
Обонятельная система использует комбинаторную схему для идентификации одорантов и кодирования сигнала. Согласно ей один тип обонятельных рецепторов активируется множеством одорантов и один одорант активирует множество типов рецепторов. Различные одоранты кодируются различными комбинациями обонятельных рецепторов, причем увеличение концентрации стимула приводит к возрастанию числа активируемых рецепторов и к усложнению его рецепторного кода. В этой схеме каждый рецептор выступает в качестве одного из компонентов комбинаторного рецепторного кода для многих одорантов и как бы выполняет роль буквы своеобразного алфавита, из совокупности которых составляются соответствующие слова-запахи.
От обонятельной луковицы аксоны передают информацию в первичные обонятельные участки коры головного мозга, а затем в высшие ее участки, где формируется осознанное ощущение запаха, и в лимбическую систему, которая порождает эмоциональную и мотивационную реакцию на обонятельный сигнал.
Психологические аспекты обоняния.
Возникает множество вопросов, касающихся механизмов и видов воздействия запахов на эмоциональное, психическое и физическое состояния человека. Обонятельная сфера руководит нами в сфере бессознательного, и механизмы обонятельной регуляции действуют столь же эффективно, хотя осознаются нами очень мало или не осознаются вовсе.
Информация, получаемая с помощью зрения, слуха и осязания, анализируется корой головного мозга, то есть теми же структурами, которые отвечают за восприятие и логический анализ происходящего. С обонянием все иначе - обработкой «пахучих» сигналов ведает лимбическая система, частью которой является так называемый «обонятельный мозг».
Лимбическая система возникла в процессе эволюции намного раньше, чем кора головного мозга. Она древнее и, как многие считают, примитивнее, но именно она обеспечивает то, что мы называем чутьем, интуицией или шестым чувством, именно она управляет (и небезуспешно) поведением амфибий, рептилий и птиц, у которых кора отсутствует или имеется только в зачаточном состоянии. Несколько огрубляя, можно сказать, что кора - это сознание, логика и здравый смысл, которые невозможны без речи, а лимбическая система и гипоталамус - эмоции и неосознанные разнообразные ощущения. Кора и лимбическая система - не просто разные структуры нашего мозга, они нередко работают как противники, взаимоисключающие друг друга. Чтобы согласиться с этим утверждением, не нужно быть специалистом по анатомии нервной системы - достаточно вспомнить, что вы чувствовали, когда последний раз оказывались перед выбором между тем, что нужно, и тем, чего хочется.
Один и тот же запах может вызывать различные реакции в зависимости от физиологического состояния человека и его воспоминаний о событиях, связанных с этим запахом. Например, запах котлет воспринимается по-разному на голодный желудок и после сытного обеда, а также в зависимости от того, является ли человек мясоедом или убежденным вегетарианцем.
Запахи имеют странную способность «переносить» нас в иное психологическое пространство. Легкий запах трубочного табака, специфических духов, или давно забытого аромата может немедленно вызвать в воображении сцены и эмоции из прошлого. Многие писатели и художники изумлялись неизбежности появления этих воспоминаний.
"Когда уже ничего иного не существует из прошлого", - писал французский романист Марсель Пруст в «Воспоминании о прошлом» (The Remembrance of Things Past), "после того, как люди умерли, вещи сломаны и утеряны... запах и вкус вещей остаются неизменными долгое время, как души..., жизнерадостно несущие на крошечных, почти неосязаемых частичках своей сущности, великое явление памяти"... Эффект пробуждения воспоминаний через запахи получил в науке название: "синдром Пруста".
Пруст упомянул и вкус, и запах - и это справедливо, потому что большая часть вкуса пищи происходит от его аромата, который доносят к чувствительным клеткам носа ноздри, или который достигает этих клеток через полость рта.
Наши вкусовые рецепторы различают только четыре различных ощущения: сладкий, соленый, кислый, и горький. Другие вкусы происходят от запаха, и когда нос блокирован холодом, большинство пищевых продуктов кажется нам почти или совершенно безвкусными.
Восприятие феромонов (Греч. Φέρω - «Нести» + Ορμόνη - «Гормон»)
Изучая обонятельные механизмы, ученые установили, что каждое живое существо выделяет в микроскопических количествах биологически активные вещества - феромоны.
Одни феромоны выделяются в момент опасности, другие - в спокойной ситуации, и каждый раз они играют роль своеобразных регуляторов состояния человека - способствуют повышению или снижению артериального давления, увеличению или уменьшению частоты сердечных сокращений. Обнаружены феромоны, которые влияют на регуляцию менструального цикла женщин и их настроение, а есть и такие, которые выделяются матерью во время кормления грудью, благодаря чему младенец моментально находит сосок.
На сегодняшний день у человека открыто более двух десятков феромонов, каждый из которых участвует в важных процессах жизнедеятельности. Молекулярный состав феромонов чрезвычайно разнообразен и в то же время глубоко индивидуален. Он зависит от многих факторов - пола, возраста, особенностей организма, состояния психики и даже сиюминутного настроения человека.
По своему воздействию феромоны делятся на два основных типа: релизеры и праймеры.
Релизеры - тип феромонов, побуждающих особь к каким-либо немедленным действиям и используются для привлечения брачных партнёров, сигналов об опасности и побуждения других немедленных действий.
Праймеры используются для формирования некоторого определённого поведения и влияния на развитие особей: например, специальный феромон, выделяемый маткой. Это вещество подавляет половое развитие других пчёл-самок, таким образом превращая их в рабочих пчёл.
В качестве отдельных названий некоторых типов феромонов можно привести следующие:
эпагоны - половые аттрактанты;
одмихнионы - метки пути, указывающие дорогу к дому или к найденной добыче, метки на границах индивидуальной территории;
торибоны - феромоны страха и тревоги;
гонофионы - феромоны, индуцирующие смену пола;
гамофионы - феромоны полового созревания;
этофионы - феромоны поведения.
Феромоны, попадая в воздух, воспринимаются вомероназальным органом(далее - ВО), открытым в 1703 г. голландским военным хирургом Ф. Рюшем у солдата с лицевым ранением в область носа. В 1809 г. фон Зоммеринг подтвердил это наблюдение, обнаружив ВО при вскрытии трупов, а двумя годами позже Л. Якобсон впервые описал его у многих видов животных. В 1891 г. Потикье "переоткрыл" ВО у человека, обнаружив орган у 25% из обследованных им 200 взрослых. Вомероназальный орган реагирует на летучие феромоны и другие летучие ароматные вещества, в большинстве своём не ощущаемые как запах или слабо воспринимаемые обонянием.
«До недавнего времени, - утверждает старший научный сотрудник лаборатории развития нервной системы человека НИИ морфологии человека РАМН Виктория Игоревна ГУЛИМОВА, которая занимается проблемой «Запах и подсознание», - не было известно, что человек, подобно большинству животных, имеет дополнительный орган для восприятия запахов - вомероназальный, или якобсонов, который отличается от главного по расположению, строению рецепторных клеток, воспринимаемым запахам и даже по тому, в какие структуры мозга направляется полученная информация. Это не запасной вариант на случай отказа основного обоняния, а автономная система со своими особенностями и задачами.
Якобсонов орган - это два маленьких кармашка в основании носовой перегородки, - объясняет В. Гулимова. - Не очень глубоко - примерно на уровне заднего края крыльев носа. От них идут нервы, передающие сигнал в мозг. Мы в нашей лаборатории изучили множество человеческих эмбрионов в возрасте 7-8 недель и не нашли ни одного, у которого бы не было якобсонова органа! Но во втором триместре беременности происходит нечто странное: этот орган подвергается обратному развитию. В итоге далеко не все взрослые имеют развитый “второй нос”. Таких людей тоже примерно 60% от всего населения планеты.
Кстати, наличие “второго носа” у взрослых еще не означает, что он работает и действительно реагирует на феромоны или какие-либо еще пахучие вещества. Важно - сохранились ли в мозге те структуры, которые отвечают на поступающие от него сигналы. Главная из них - добавочная обонятельная луковица - то место в мозге, куда первым делом поступает информация от органа у животных.
Однако и научной, и широкой общественности пришлось испытать легкий шок, когда оказалось, что ВО человека не просто существует - есть данные о том, что он функционирует и может управлять поведением помимо нашей воли. Ведь запахи, воспринимаемые с его помощью, как правило, не осознаются. Они действуют на наши рецепторные клетки, откуда информация попадает непосредственно в передний мозг, а затем - в промежуточный и средний, в те самые центры, которые отвечают за родительское и социальное поведение. Под воздействием «запахов-невидимок» человек может проявить повышенную общительность по отношению к лицам своего или противоположного пола, вести себя агрессивно или, наоборот, излучать дружелюбие, по-разному относиться к детям, растениям или животным».
По словам Гулимовой, люди действительно могут увлечься друг другом с “первого нюха”. Дело в том, что существует связь между привлекательностью запаха полового партнера и набором генов. Последние определяют предпочтение при выборе полового партнера. Идеально подходящий спутник жизни должен значительно, но не чересчур отличаться от вас по этим генам.
Генетика запахов
Ключом к разгадке принципов работы обонятельной системы стало обнаружение огромного семейства из приблизительно тысячи генов, управляющих работой обонятельных рецепторов. Они расположены на разных хромосомах и приблизительно половина этих генов практически неактивны. А оставшиеся, как считалось ранее, практически не подвержены индивидуальным изменениям и одинаковы у всех людей (вообще, система восприятия запахов считается одной из древнейших и "архаичных" в организме человека). Но, как обнаружили ученые, среди этих 500 генов есть как минимум 50, структура и активность которых неодинаковы у разных людей. Наиболее ярко эти различия выражены между людьми разных национальностей.
Статью с описанием этого открытия Л. Бак и Р. Аксель опубликовали в 1991 году.
Эксел и Бак, в начале 90-х работавшие в медицинском институте Говарда Хьюза
Однако такой подход ничего не дал. "Теперь мы знаем, почему наша схема не сработала, - говорит Эксел. - Дело в том, что таких рецепторов ужасно много, но каждый из них синтезируется в очень малых количествах".
Затем Бак придумала то, что Эксел назвал "хитрой уловкой". Три предложенных ей условия значительно сузили поиск генов, которые отвечают за рецепторы обоняния. Во-первых, как уже было известно к тому времени, такие рецепторы по своему строению похожи на зрительный рецептор родопсин и относятся к классу так называемых 7-доменных белков. В итоге поиск ограничился только теми генами, что кодировали рецепторы этого типа.
Во-вторых, считала Бак, гены обонятельных рецепторов должны иметь какую-то особенность, которые отличали бы их от остальных 7-доменных белков. А третье - "работать" обонятельные гены должны только в слизистой оболочке носа, и нигде более.
"Если бы мы пренебрегли хотя бы одним из этих условий, нам пришлось бы изучать еще тысячи лишних генов. А это несколько лет нудной работы", - замечает Эксел. "Я пробовала разные подходы, работала много лет без какого-то результата. И, когда в 1991 году нам наконец удалось найти нужные гены, верилось в это с трудом! Ни один из них раньше не был известен, все они были разными, но в то же время похожими", - говорит Линда Бак.
Больше всего исследователей удивило, что рецепторов так много - сначала было выявлено около 100 из них, а сейчас известно более 500 таких белков. "Это действительно огромное число. Если, по крайней мере, у крысы, один из ста генов вовлечен в процесс распознавания запахов, это говорит о чрезвычайно важной роли обоняния для животных", - поясняет Эксел.
Ученых поразило то, что в распознавании запахов задействовано более трех процентов общего количества генов организма. Каждый ген содержит информацию об одном-единственном обонятельном рецепторе - белковой молекуле, которая реагирует с пахучими веществами.
Обонятельные рецепторы прикреплены к мембране рецепторных клеток, которые выстилают поверхность небольшой области в верхней части носовой полости, образуя обонятельный эпителий. Каждая клетка содержит рецепторы только одного определенного вида. Белок-рецептор образует "карман" для связывания молекулы одоранта (химического вещества, обладающего запахом). Рецепторы разных видов отличаются деталями своей структуры, поэтому "карманы"-ловушки имеют разную форму. Когда молекула попадает в "карман", форма белка-рецептора изменяется, и запускается процесс передачи нервного сигнала. Каждый рецептор может регистрировать молекулы нескольких различных одорантов, трехмерная структура которых в той или иной степени соответствует форме "кармана", но сигналы от разных веществ отличаются по интенсивности. При этом молекулы одного и того же одоранта могут активировать несколько разных рецепторов одновременно.
Такое сочетание разнообразия рецепторов и химических свойств молекул, с которыми они взаимодействуют, генерирует широкую полосу сигналов, создающих уникальный "отпечаток" запаха. Каждый запах как бы получает код (подобно штрих-коду на товарах), по которому его можно безошибочно узнать в следующий раз. Именно благодаря этому коду мы способны распознавать и запоминать около 10 тысяч запахов.
Обонятельные сигналы, оказывают определенное влияние на физиологическое состояние и поведение людей, являясь компонентами системы невербальной коммуникации. Биологическая значимость этого влияния и его роль в поддержании генетического разнообразия могут оказаться значительнее, чем представлялось в недалеком прошлом. Индивидуальное узнавание у животных является основой социальных отношений и осуществляется, главным образом, с помощью химических сигналов. Хорошо известно также, что существует межвидовое индивидуальное узнавание, в частности, индивидуальный запах человека безошибочно узнается тренированными собаками. Обоняние человека также способно, хотя и в более ограниченной степени, решать задачу различения и узнавания людей по индивидуальному запаху и, в частности, позволяет узнавать генетически близких родственников.
Коды индивидуальных запахов животных пока не расшифрованы. Установлено, что индивидуальный "обонятельный портрет" человека, узнаваемый собакой, включает липиды с относительно большой молекулярной массой и низкой летучестью, в частности, свободные высшие жирные кислоты.
На примере домовой мыши было установлено, что индивидуальный запах кодируется набором генов, входящим в главный комплекс гистосовместимости (МНС) (от «major histocompatibility complex» - ряд генов, расположенных на хромосоме № 6, которые кодируют некоторые антигены, в том числе HLA-антигены; эти гены играют важную роль в процессе определения гистосовместимости у человека) Получены свидетельства того, что индивидуальный запах человека связан с аналогичными генами МНС, ответственными за иммунный ответ. Избегание близости МНС при выборе партнера может привести к сокращению вероятности инбриндинга и негативных последствий, связанных с этим. Пока еще немногочисленные исследования механизмов сексуального предпочтения у человека указывают на возможную роль индивидуального запаха мужчины в выборе женщиной супруга или полового партнера. Опросы показывают, что при выборе полового партнера запах имеет для женщины большее значение, чем для мужчины. Оказалось, что женщины предпочитают запахи мужчин, которые не похожи на них по своим генам гистосовместимости. У людей в репродуктивно изолированной группе обнаружено пониженное число супружеских пар со сходными типами гистосовместимости, т.е. эффект избегания генетически похожего партнера.
Домыслы интернета
Чем пахнет мужчина?
http: // www. passion. ru/s. php/6593. htm
Американские ученые выяснили, от чего зависит запах мужчины. Оказывается, все дело в женском обонянии – один и тот же запах может восприниматься по-разному.
Так, было изучено воздействие андростенона, феромона, выделяемого мужскими потовыми железами, на женщин. Андростенон для всех женщин «пах» по-разному: кому-то казалось, что его запах напоминает мочу, а кому-то – ваниль. Руководитель исследования пояснил, что все дело в гене запаха (OR7D4). Именно от этого гена зависит восприятие андростенона. После небольшого эксперимента - почти 400 женщинам ученые дали понюхать и оценить по запаху 66 различных химических соединений, среди которых был и андростенон - у добровольцев взяли анализы крови.
Представительницам прекрасного пола с наиболее простой формой OR7D4 запах феромона не понравился – они назвали его отвратительным. А люди с более сложной формулой гена запаха дали андростенону более замысловатые определения, сообщает Live Science
Эволюционная Генетика: Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе.
http: // oagb. ru/info. php? txt_id=17&nid=7677&page=39
Источник: Takushi Kishida. Pattern of the Divergence of Olfactory Receptor Genes during Tetrapod Evolution // PLoS ONE. 2008. V.3. P. e2385.
Такуси Кисида (Takushi Kishida) из Киотского университета в своей статье, опубликованной в журнале PLoS ONE, показал, что гены обонятельных рецепторов наземных позвоночных имеют не менее увлекательную эволюционную историю, чем гены зрительных белков. Как выяснилось, уменьшение числа опсинов сопровождалось увеличением числа обонятельных рецепторов, и наоборот.
Млекопитающие отличаются от других наземных позвоночных не только проблемами с цветным зрением, но и гораздо более развитым обонянием. Например, у крысы насчитывается до 1600 функционирующих генов обонятельных рецепторов, тогда как у курицы их всего около 80. В отличие от цветов спектра, для различения многочисленных запахов тремя-четырьмя генами не обойтись: на каждую летучую молекулу нужен свой рецептор. Исследователи давно установили, что многочисленные гены обонятельных рецепторов млекопитающих возникли в результате множественных дупликаций из исходного небольшого набора. Естественно было предположить, что развитие обоняния у млекопитающих, как и утрата цветного зрения, было связано с переходом к ночному образу жизни. В этом случае большинство дупликаций обонятельных генов должно было произойти примерно в то же время, что и утрата двух опсиновых генов.
Чтобы проверить эту гипотезу, Кисида провел тщательный сравнительный анализ генов обонятельных рецепторов в геномах шести наземных позвоночных: лягушки, курицы, утконоса, опоссума, собаки и мыши. Анализ этих шести видов позволяет реконструировать ситуацию в важнейших точках ветвления эволюционного древа наземных позвоночных. Сравнение лягушки с другими видами проливает свет на общего предка современных амфибий и амниот (= рептилии + птицы + млекопитающие), жившего около 340 млн. лет назад (начало каменноугольного периода). Курица, как прямой потомок архозавров, помогает составить представление об общем предке синапсидных и диапсидных тетрапод, жившем около 310 млн. лет назад (вторая половина каменноугольного периода). Утконос расскажет об общем предке однопроходных и териевых (180 млн. лет назад, ранняя юра), опоссум - об общем предке сумчатых и плацентарных (140 млн. лет назад, ранний мел). Эволюционные пути предков собаки и мыши разошлись около 85 млн. лет назад (поздний мел). Что касается нас с вами, то мы на этом упрощенном эволюционном древе ближе всего к мыши.
Результаты, полученные Кисидой, говорят о том, что у общего предка амфибий и амниот было примерно 100–110 генов обонятельных рецепторов. Изначально большинство этих генов находилось на одной хромосоме, но время от времени они перепрыгивали на другие хромосомы. Этот процесс «рассеивания» обонятельных генов по хромосомам, по-видимому, шел уже у первых наземных позвоночных и практически прекратился к моменту расхождения линий однопроходных и териевых (180 млн. лет назад). В результате у всех млекопитающих обонятельные гены присутствуют почти на всех хромосомах. У человека, например, их нет только на двух хромосомах: 20-й и Y-хромосоме. Кисида предполагает, что рассеивание обонятельных генов по хромосомам облегчило их последующую множественную дупликацию.
У общего предка синапсидных и диапсидных число обонятельных генов осталось прежним (около сотни). У общего предка однопроходных и териевых их было уже около 330, у общего предка плацентарных и сумчатых их число возросло примерно до 670. Общий предок мышей и собак имел около 740 генов обонятельных рецепторов.
Самый главный результат, полученный Кисидой, состоит в том, что практически все дупликации обонятельных генов в эволюции тетрапод были приурочены к отрезку эволюционного древа, заключенному между общими предками диапсидных и синапсидных (310 млн. лет назад) и плацентарных и сумчатых (140 млн. лет назад). В целом дупликации, по сравнению с «рассеиванием», позже начались и позже закончились.
Учитывая разрешающую способность примененных методик, можно заключить, что в пределах этой разрешающей способности период массовых дупликаций обонятельных генов в точности совпадает с периодом утраты опсиновых генов. Первый опсиновый ген был потерян на отрезке между общим предком диапсидных и синапсидных и общим предком однопроходных и териевых, то есть на ранних этапах становления млекопитающих. Второй опсиновый ген был потерян на отрезке между общим предком однопроходных и териевых и общим предком сумчатых и плацентарных, то есть на ранних этапах эволюции териевых. Именно к этим двум отрезкам приурочены и дупликации обонятельных генов. Если бы существовало какое-нибудь современное животное, предки которого отделились бы от «нашего» эволюционного ствола позже курицы, но раньше утконоса, датировки можно было бы существенно уточнить. Но такого животного, к сожалению, нет.
Кисида также отмечает, что восстановление цветного зрения у обезьян Старого Света сопровождалось утратой значительной части обонятельных генов (или превращением их в неработающие псевдогены). Очевидно, развитие зрения и обоняния происходило в противофазе. Когда древние млекопитающие перешли к ночному образу жизни, роль зрения уменьшилась, а роль обоняния возросла. Когда обезьяны вернулись к дневной жизни и стали снова полагаться в основном на зрение, их обоняние ослабло.
Еще одна любопытная деталь состоит в том, что одно из семейств обонятельных генов (известное как семейство №7; у приматов это самое многочисленное семейство обонятельных генов) подвергалось усиленной дупликации уже после разделения плацентарных и сумчатых. О некоторых рецепторах этого семейства известно, что они реагируют на половые феромоны.
P. S. У читателей может возникнуть резонный вопрос: неужели для улучшения зрения или обоняния достаточно добавить новый рецептор? А откуда возьмутся новые мозговые структуры, которые должны обрабатывать сигналы от этого нового рецептора? Похоже на то, что новых мозговых структур для этого не требуется - имеющиеся структуры используют какие-то обобщенные, универсальные алгоритмы интерпретации поступающих сигналов. По-видимому, мозг в процессе индивидуального развития автоматически обучается различать сигналы, приходящие от разных рецепторов, и интерпретировать их именно как разные сигналы. Ничего не меняя в структуре мозга, можно добавить в сетчатку новый опсин, и мозг сам разберется, что делать с новым типом сигналов.
Александр Марков 24.06. 2008
Заключение
То, о чем говорилось в предыдущих разделах, относится пусть к самому сложному, основополагающему, но начальному разделу науки о запахах - к их восприятию. Не раскрыт механизм взаимодействия обоняния с другими системами восприятия, например со вкусом. Ведь известно, что если человеку зажать ноздри, то при дегустации даже хорошо известных вкусовых пищевых продуктов (например - кофе) он не в состоянии точно определить, что он пробовал. Достаточно разжать ноздри - и вкусовые ощущения восстанавливаются.
С молекулярной точки зрения пока непонятно, в каких единицах измерять интенсивность запаха и от чего она зависит, что такое качество запаха, его "букет", чем отличается один запах от другого и как охарактеризовать это отличие, что происходит с запахом при смешивании различных одорантов. Оказывается, что независимо от вида одорантов и уровня подготовленности даже опытный эксперт не может определить все составляющие смесь компоненты, если их больше трех. Если же смесь содержит более десяти одорантов, то человек не в состоянии идентифицировать ни одного из них.
Остается еще множество вопросов, касающихся механизмов и видов воздействия запахов на эмоциональное, психическое и физическое состояния человека.
Общественные аллюзии на парфюмерные темы подстегнули всеобщий интерес к искусству ароматерапии. Расширилось использование ароматов в общественных местах, таких, как офисы, торговые залы, холлы гостиниц. Появились даже специальным образом ароматизированные товары, улучшающие настроение. Возникла такая отрасль рыночной экономики, как аромамаркетинг - "наука" о привлечении клиентов с помощью приятных запахов. Так, запах кожи навевает покупателю мысли о дорогом качественном товаре, аромат кофе побуждает к покупкам для домашнего ужина и т.д. Каким образом запахи формируют в головном мозге сигналы, побуждающие человека совершать покупки? Ученым предстоит совершить еще немало открытий, прежде чем ответить на этот и многие другие вопросы и отделить мифы о запахах от реальности.
Литература
1. Брюс Липтон, Биология веры. Недостающее звено между Жизнью и Сознанием., София, 2008.
2. Жимулев И.Ф., Генетическая детерминированность поведения дрозофилы и человека., 1997, БИОЛОГИЯ.
3. Крушинский Л.В., Зорина З.А., Полетаева И.И., Романова Л.Г., Введение в этологию и генетику поведения. М.: Изд-во МГУ, 1983.
4. Макарчук Н.Е., Калуев А.В., Обоняние и поведение. - К.: КСФ, 2000. - 134 с.
5. Марков А. В.,. Куликов А.М., Гипотеза иммунологического тестирования партнеров - Согласованность развития адаптаций и смены половых предпочтений, 2006, Палеонтологический институт РАН.
6. Марков А.В., Гены управляют поведением, а поведение - генами.
7. Новиков С.Н., Феромоны и размножение млекопитающих.Л., 1988.
8. Фогель Ф., Мотульский А., Генетика человека. Т.3. С.85.
9. Синельников Р.Д., Синельников Я.Р., Атлас анатомии человека, 1996, М., Медицина, Т.4.
Сайты интернета.
1. А.В. Калуев Вомероназальный орган и его роль в формировании поведения человека. http: // www. ethology. ru/library/? id=238
2. База знаний по биологии человека.
http: // humbio. ru/
3. Биологическая и социальная роль обонятельных сигналов человека
Т.М. Дмитриева, Э.П. Зинкевич., Экологический факультет, Российский университет дружбы народов, Институт проблем экологии и эволюции им.А.Н. Северцова РАН, Москва, Россия.
http: // www. mosmedclinic. ru/conf_library/2003/4/382
4. Как пахнет нобелевка.
http: // www. inauka. ru/news/article50203
5. Обоняние у насекомых и млекопитающих основано на разных молекулярных механизмах.
http: // elementy. ru/news/430076
6. Обоняние в изучении «объекта» имеет важное значение. http: // www. polezen. ru/mandf/feromon. php
7. Славин С.Н. . О чем говорят запахи?
http: // zoohall. com. ua/leftframes/knigy/ocherk/3_5. htm
8. Тайна Запаха.
http: // www. aromareklama. ru/st79. htm