Вибрационная теория запахов — за и против

«Ключ и замок»

Как известно, официальная наука придерживается мнения, что человек может различать запахи, благодаря различным очертаниям и массе ароматных молекул. То есть частицы определенной формы воздействуют на определенные рецепторы в носу, сообщая информацию о запахе. Этот принцип схож с открыванием замка подходящим ключом.

Ученые смогли выяснить, как устроены обонятельные рецепторы, но вот как именно они активируются — на этот счет существуют две теории: стереохимическая (ключ-замок) и вибрационная (квантовая), о которой речь ниже. До сих пор неизвестно, когда обонятельные сигналы разбиваются на кластеры (первичные запахи): на стадии рецепторного восприятия или всё же на стадии обработки в головном мозге.

Первичные запахи принято делить на 10 групп: благоухающие (ароматные), фруктовые (кроме цитрусовых), древесные, сладкие, мятные, лимонные, запахи, подобные попкорну, едкие, химические, тошнотворные. Исследования подтверждают, что полученные категории запахов служат характеристиками несъедобности/съедобности пищи, ее качества и соответствуют функциям обоняния млекопитающих.

Например, еще в 60-х годов прошлого века британский биохимик John E. Amoore (Джон Эймур) показал, что мускусный запах имеет дискообразные молекулы диаметром приблизительно 10 ангстрем, а для камфарных соединений характерна сходная округлая форма, примерно одинаковый размер — 7 ангстрем.

«Теория магнитной карты»

Впервые вибрационная теория была предложена в 1938 году Малкольмом Дайсоном, но с распространением принципа «ключа-замка» она ушла в тень. Ее возродил в 1996 году греческий биофизик Лука Турин, предположивший, что рецепторы реагируют на колебательные движения атомов пахучей молекулы внутри неё. По его мнению, в распознавании запахов немаловажную роль играет такое явление в квантовой физике, как «туннелирование» или «туннельный эффект».

Суть вот в чем: при попадании в нос ароматной молекулы электрон определенного рецептора проникает в эту молекулу (туннелирует) и выделяет энергию, заставляя колебаться часть атомов. Позже эту теорию стали называть «теорией магнитной карты», а в 2011 году команда Турина косвенно подтвердила некоторые ее аспекты в экспериментах.

В исследовании принимала участие группа ученых, в которую вошли S. Gane, K. Maniati, N. Ragoussis, D. Georganakis, E. M. C. Skoulakis, M. Vamvakias и собственно сам Luka Turin — соавтор известной книги путеводителя парфюмерии «Perfumes: The A-Z Guide», описывающей лучшие духи "Шанель", "Диор", "Герлен" и прочие.

Аромат Guerlain Shalimar

Лука Турин говорит, что в «теории формы» множество слабых мест. В качестве примера он приводит молекулу, которая состоит из атомов водорода и серы. Молекула может менять форму, но независимо от этого, сохраняет свой специфический запах тухлых яиц. Ученые объясняют это тем, что хотя молекулы не отличаются по химическим свойствам, но имеют различную массу и колебательную энергию связей углерода с водородом.

Выяснилось, что дрозофилы могут различать тяжелые и легкие «молекулы-близнецы», но в ходе эксперимента на человеке, отличить их по запаху добровольцы не смогли. Тогда команда Турина предложила испытуемым вариант пахучего вещества циклопентадеканона с большим содержанием «тяжелых» и «легких» атомов водорода — и люди смогли распознать их по запаху. Современная наука пока не может найти этому объяснения, а потому теория Турина предлагает вполне приемлемое решение.

Факты, опровергающие вибрационную гипотезу

Критики квантовой теории считают результаты греческого биофизика косвенными, не подтверждающими вибрационный механизм обоняния. Например, изменение в молекуле изотопного состава меняет также теплоту ее адсорбции, температуру кипения/замерзания, в том числе силу водородных связей. То есть, замена «легких» атомов водорода на «тяжелые» изменяет взаимосвязь молекулы с рецептором и полученные результаты Турина лишь демонстрируют изотопный эффект, который возникает при обогащении ароматной молекулы атомами дейтерия.

Совсем недавно японскими учеными опровергнут еще один аргумент квантовой теории. В рецепторных системах, функционирующих по принципу «ключ-замок», всегда присутствуют лиганды: агонисты, усиливающие работу рецептора, и антагонисты, блокирующие его. Вибрационная теория опровергает наличие каких-либо агонистов и антагонистов, и действительно, долгое время их не обнаруживали. Однако в итоге нашли: опыты показали, что окислённая форма пахучего вещества изоэвгенол является антагонистом соответствующих обонятельных рецепторов у мышей. Подобные вещества были найдены также в экспериментах с мелкими насекомыми.

Заключение

По мнению профессора Leslie Vosshall, опровергнуть или доказать вибрационную теорию обоняния пока невозможно. В действительности, однозначно опровергнуть Турина не удалось еще никому, но и поддерживать его теорию многие считают «верхом безумства». Richard Axel из Колумбийского университета, открывший обонятельные гены, за что в 2004 году получил Нобелевскую премию, полагает, что решить спор и раскрыть механизм обоняния поможет только исследование рецепторов при помощи микроскопа.