Древнейшее изчувств: запахи
- обоняние и Пол В целом дамы владеют более острым обонянием, сохраняющимся до более преклонного возраста. Но, как это ни парадоксально, профессии, которые связаны с различением запахов, — только мужские. Дело в том, что трансформации гормонального фона в течение месячных циклов женского организма оказывают влияние на работу разных систем и органов, среди них и совокупности обоняния.
- В следствии в начале цикла у дам довольно часто начинается временная гипосмия — понижение чувствительности к запахам. Этого не отмечается при приеме гормональных противозачаточных средств, поддерживающих постоянный гормональный фон в организме, но разумеется, что прием пилюль не может быть необходимым условием приема на работу
Строение носовой полости напоминает радиатор и снабжает нормализацию температуры, а при необходимости — увлажнение вдыхаемого воздуха.
- Складки обонятельного эпителия разрешают расширить площадь, на которой расположены рецепторные клетки, передающие данные о запахах в мозг
Датчики запаха Реснитчатые дендриты обонятельного рецептора выступают в носовую полость, образуя обонятельный пузырек. Информация от рецепторов передается к обонятельной луковице в мозге, а оттуда, по окончании первичной обработки, — в высшие отделы мозга
- Запахи тмина и кудрявой мяты снабжают l-карвон (слева) и d-карвон (справа) — хиральные изомеры, молекулы с однообразным химическим составом, но «зеркально отраженной» структурой. Играет роль и количество молекул: одно да и то же вещество может вонять по-различному в зависимости от концентрации. Скатол — гетероциклическое соединение, придающее своеобразный запах испражнениям, в малых концентрациях владеет приятным запахом и входит в состав парфюмерных продуктов и пищевых эссенций.
- Внизу: винный лактон ощущается при концентрации в воздухе 10 в минус 14 степени г/л, а запах его зеркального изомера возможно ощутить лишь при концентрации, на 11 порядков большей, — 1 мг/л
Что-то наподобие людской обоняния существует кроме того у микроорганизмов: хемотаксис — свойство перемещаться к источникам пищи и подальше от страшных веществ — проявляют все подвижные одноклеточные. Но давайте пропустим приблизительно 3,5 млрд лет эволюции обоняния и перейдем сходу к человеку и млекопитающим.
Для многих животных обоняние есть как минимум не меньше ответственным источником информации, чем слух и зрение: любой собачник знает, что псы теряются при встрече с выпившим хозяином: выглядит и говорит он так же, а пахнет совсем по-второму! И не от «выброса» (запахи краски, селедки и т. д. для того чтобы действия не оказывают), а оттого, что вместе с другой биохимией алкоголь меняет состав пота и неощутимые для людской носа оттенки личного запаха.
Для нас с вами свойство ощущать и различать запахи на первый взгляд не так уж и ответственна. Время от времени она кроме того мешает: любой может припомнить ситуации, в то время, когда он готовься дать полцарства за то, дабы не чувствовать запаха вошедшего в троллейбус бомжа либо наевшегося чеснока сотрудника. И не смотря на то, что без наслаждения от запаха цветов, духов, множества и пищи вторых запахов мир утратил бы очень многое, для человека обоняние стоит на четвертом месте в последовательности пяти эмоций.
За счет зрения мы приобретаем не меньше 90% информации об окружающем мире, а без него человек применяет для ориентации в пространстве и распознавания живых и неживых объектов слух и тактильные ощущения.
Главные механизмы работы обоняния ученые расшифровали совсем сравнительно не так давно. Это отставание обусловлено не только недооценкой важности его роли в жизни человека, но и чрезвычайной сложностью устройства обонятельных рецепторов.
Чем мы нюхаем?
Гордон Шеферд, доктор наук неврологии Йельского университета, создатель выдержавшего пара переизданий трехтомника «несравненный» знаток и Нейробиология механизмов передачи импульсов синапсами дендритных шипиков обонятельной луковицы (вот такая у него узкая специализация), начал ответ на данный вопрос так: «Нам думается, что мы нюхаем посредством носа, но это все равно что заявить, что мы слышим мочками ушей». Сам по себе шнобель нужен чтобы направить содержащий ароматические молекулы воздушное пространство на обонятельный эпителий — симметричные участки слизистой оболочке оболочки, находящиеся глубоко в полости носа, мало ниже уровня глаз.
За счет складок, по форме напоминающих гребни, площадь обонятельного эпителия у человека образовывает 5−10 см2. На этом втором пределе обонятельной совокупности расположено, согласно данным различных источников, от 10 до 50 млн клеток, осуществляющих регистрацию запахов. У животных их количество, в большинстве случаев, намного больше.
К примеру, обонятельный эпителий у овчарок содержит до 220 млн рецепторных клеток.
Обонятельный рецептор представляет собой сенсорную (чувствительную) нервную клетку, от которой отходят два отростка. К полости носа — маленький дендрит (чувствительный отросток нейрона), имеющий не меньше 10 ресничек, кончики которых находятся на самой поверхности обонятельного эпителия и выступают в покрывающую его слизь.
К мозгу — более долгий двигательный (передающий) отросток, аксон, сплетающийся с аксонами вторых обонятельных нейронов в нити обонятельного нерва, проходящие через отверстия решетчатой кости черепа в обонятельную луковицу — структуру мозга, осуществляющую первичную обработку информации о запахах. Обонятельная луковица тем больше, чем острее обоняние животного, исходя из этого у псов-ищеек она намного больше, чем в куда большем по размеру мозге человека.
Из обонятельной луковицы нервные импульсы поступают в первичные, а после этого в высшие обонятельные участки коры головного мозга, формирующие интенсивности запаха и осознанное ощущение характера. Конечным пунктом обработки информации о запахах есть лимбическая совокупность, регулирующая эмоциональные и поведенческие реакции организма.
Как это трудится?
Молекулы ароматических веществ, попадающие с током воздуха в носовую полость, растворяются в слизи, покрывающей обонятельный эпителий, и взаимодействуют с рецепторными белками, содержащимися в мембране ресничек обонятельных нейронов. Это сотрудничество изменяет ионную проницаемость мембраны клеток и формирует электрический импульс, передающийся по аксону клетки в обонятельный нерв и потом, впредь до двигательных нейронов спинного мозга, дающих мышцам команды зажать шнобель пальцами и отойти подальше — либо напротив.
С центральными механизмами совокупности обоняния эксперты, занимавшиеся ее изучением, разобрались достаточно давно, но протеиновые рецепторы, без сомнений присутствующие на мембранах дендритов нейронов обонятельного эпителия, много лет оставались неуловимыми. Решить эту тайную удалось лишь в первой половине 90-ых годов двадцатого века ученым Колумбийского университета Линде Бак и Ричарду Экселу. В 2004 году открытие принесло им Нобелевскую премию по медицине и физиологии.
Классический подход к изучению механизмов работы рецепторов обоняния заключался в измерении активности тех либо иных нейронов в ответ на разные раздражители. Для этого к обонятельным нервам животных подсоединяли электроды и давали им вдыхать разные вещества. В следствии удалось узнать лишь то, что одинаковый нейрон может реагировать на разные вещества, но механизмы, лежащие в базе этого процесса, продолжительное время оставались непонятными.
Бак и Эксел избрали принципиально новый подход — они обратились к быстро развивающейся генетике и начали поиск генов, активность которых регистрируется только в обонятельном эпителии. Сначала их опыты кроме этого были бесплодны, что позднее Эксел растолковал существованием огромного количества белков-рецепторов, реакция каждого из которых на конкретный запах через чур не сильный, дабы ее возможно было найти существующими способами.
Совладать с данной проблемой ученым помогла придуманная Бак схема, посредством трех допущений существенно сократившая область поиска. В соответствии с первому допущению, основанному на имевшихся в то время разрозненных научных фактах, искать следовало лишь гены белков, владеющих определенным сходством с родопсином — рецепторным белком, за счет которого происходит формирование электрического импульса в палочках сетчатки глаза, клетках, не различающих цвета, а реагирующих на трансформацию освещенности и снабжающих сумеречное зрение. Помимо этого, искомые белки должны были относиться к одному семейству, а кодирующие их гены — проявлять активность только в клетках обонятельного эпителия.
У крыс генов, отвечающих всем трем параметрам, нашлось около тысячи — приблизительно 1% от всего генома. Каждый сотый крысиный ген задействован в распознавании запахов, что показывает на чрезвычайную важность совокупности обоняния для грызунов — родных родственников приматов: отечественные ветви на древе эволюции разошлись около 25 млн лет назад.
Поиск в ДНК-библиотеках разрешил отыскать в геномах вторых видов (мыши, саламандры, зубатки, собаки, других животных и человека) гены-аналоги, которые связаны с первичным восприятием запахов. Действительно, в отличие от большинства животных, у которых бoльшая часть этих генов исправно синтезирует соответствующие белки, у различных видов человекообразных мартышек неактивно 28−36% генов белков обонятельных рецепторов, а у человека — практически 60%. "Наверное," мутации, блокирующие активность генов обонятельных рецепторов, стали накапливаться с того времени, в то время, когда острое обоняние потеряло собственную важность для выживания обезьяноподобных предков человека.
Предстоящее изучение совокупности органов обоняния продемонстрировало, что любой отдельный рецепторный нейрон может распознавать множество пахучих молекул, любая из которых активирует разные протеиновые рецепторы на поверхности его мембраны. Такая комбинаторная совокупность кодирования сигналов разрешает распознавать фактически неограниченное количество запахов.
Кроме того незначительно отличающиеся по химической структуре молекулы активируют разные комбинации рецепторных белков, находящихся на мембранах различных нейронов, исходя из этого запах октанового спирта напоминает запах цитрусовых, а отличающейся от него лишь одним дополнительным атомом кислорода октановой кислоты — запах пота. К тому же эффекту может привести изменение пространственного строения молекул.
К примеру, запахи тмина и кудрявой мяты (от более известной перечной она отличается отсутствием холодящего ощущения и менее резким запахом) снабжают d-карвон и l-карвон — хиральные (от древнегреческого x??? — «рука») изомеры, молекулы с однообразным химическим составом, отличающиеся друг от друга, как предмет от его зеркального изображения. Помимо этого, большее количество молекул активирует более широкий спектр рецепторов, почему одно да и то же вещество может вонять по-различному в зависимости от концентрации.
самый удивительный пример — скатол, гетероциклическое соединение, образующееся при разложении протеиновых соединений и придающее своеобразный запах испражнениям. Одновременно с этим в малых концентрациях скатол владеет приятным запахом и входит в состав парфюмерных продуктов и пищевых эссенций.
самые многогранными в этом отношении являются альдегиды. Так, кокосовый альдегид в маленькой концентрации пахнет вовсе не кокосом, а абрикосом либо персиком, а запах анисового альдегида при разбавлении ощущается как запах свежего сена, цветов и шиповника боярышника.
Обоняние в нашей жизни
Самый принципиально важно обоняние в первые 60 секунд судьбы человека, так когда благодаря ему младенец определит собственную маму и находит пахнущую молоком грудь. В следующие несколько месяцев, пока зрение ребенка не купит достаточную остроту, окружающий мир он принимает в основном при помощи запахов. По мере взросления и формирования вторых органов эмоций обоняние утрачивает собственную значимость.
Одновременно с этим происходит атрофия (отмирание) волокон обонятельного нерва. В течение первого года судьбы острота обоняния человека понижается на 40−50%, а степень ухудшения и дальнейшая скорость свойства распознавать запахи зависит от личных изюминок организма, пола, воздействия и образа жизни разных факторов внешней среды. К примеру, у начинающих курильщиков свойство различать запахи понижается на 50−60%, по окончании чего восстанавливается на 20−30%.
При отказе от курения начинается гиперосмия — острота обоняния увеличивается приблизительно на 20% если сравнивать с исходной.
Считается, что человек более чувствителен к неприятным (довольно часто — возможно страшным) запахам. Но вещества, каковые мы можем ощутить в мельчайших концентрациях, пахнут приятно. Рекордсменом продолжительное время считался ванилин: его возможно унюхать при концентрации 2 х10−11 г в литре воздуха.
Но совсем сравнительно не так давно стало известно, что один из хиральных изомеров вещества называющиеся винный лактон (он придает винам сладковато-кокосовый запах) ощущается при меньшей в две тысячи раз концентрации: одна стотриллионная (10−14) грамма в 1 л воздуха. А запах его зеркального изомера возможно ощутить лишь при концентрации на 11 порядков большей — 1 мг/л.
Без обоняния отечественная пища стала бы фактически безвкусной. Вкусовые рецепторы человека различают лишь четыре ощущения: сладкий, соленый, кислый и неприятный, — а другое разнообразие вкусов разных напитков и блюд снабжают комбинации ароматических веществ. При сильном насморке, в то время, когда верхние носовые раковины «забиты» и содержащий запахи воздушное пространство до них просто не доходит, все думается безвкусным и неаппетитным.
Опыты продемонстрировали, что в случае если человеку с зажатым носом еще и завязать глаза, дабы отнять у него зрительных ассоциаций с употребляемыми продуктами, то он вряд ли сможет отличить яблоко от картошки либо красное вино от кофе.
Запахи способны изменять работу разных совокупностей организма. Самый очевидный пример — усиление выработки слюны и пищеварительных соков от запахов пищи. Резкие и неприятные запахи (к примеру, аммиака) повышают кровеное давление и ускоряют сердцебиение, а приятные — напротив, снижают давление, замедляют пульс и приводят к повышению температуры кожи, что расслабляет и успокаивает человека.
Как обоснованны утверждения ароматерапевтов — к примеру, такое: «запахи лаванды, ромашки, сандала и лимона ослабляют активность головного мозга стремительнее, чем любой депрессант, а жасмин, роза, мята и гвоздика возбуждают клетки серого вещества замечательнее, чем крепкий кофе»? Если судить по тому, что в статьях различных авторов часто возможно отыскать прямо противоположные утверждения о действии запахов на психофизиологическое состояние человека, это воздействие разъясняется не характером самого запаха, а психотерапевтической установкой на ожидаемый эффект.
Еще один, пожалуй, самый таинственный вопрос в науке о запахах — их роль в половом поведении Homo sapiens. Но об этом мы поболтаем в следующей статье.
Создатель статьи — сотрудник портала «Вечная юность» www.vechnayamolodost.ru
выдох и Вдох
Запахи мы чувствуем лишь на протяжении вдоха, поскольку выдыхаемый воздушное пространство проходит лишь через нижние носовые раковины и не соприкасается с дыхательным эпителием. При спокойном вдохе вблизи находящегося в самой верхней части носовой полости обонятельного эпителия проходит всего 7−10% вдыхаемого воздуха, исходя из этого для усиления ощущений нужно вдохнуть максимально глубоко. Возможно кроме этого забрать пример с животных и «принюхаться», делая нередкие маленькие вдохи в близи от изучаемого объекта, что разрешает максимально сконцентрировать пахучие молекулы вблизи обонятельных рецепторов.
Зажмите шнобель!
Считается, что человек более чувствителен к неприятным запахам. Таковы запахи, сигнализирующие об опасности: не ешь протухшее мясо либо подгнившие фрукты, держись подальше от сероводорода, хлора, аммиака, не вляпайся в фикалии Не смотря на то, что бывают и исключения — к примеру, чеснок. К самый не очень приятно пахнущим соединениям относятся серосодержащие вещества, начиная с самого несложного — сероводорода H2S. «Чемпионами» среди них считаются меркаптаны.
Их смесь снабжает вонь скунсовой струи, от которой человек может упасть в обморок. Меркаптаны придают неповторимый запах гнилой капусте и бытовому газу: газ ничем не пахнет, и в целях безопасности в него додают чуть-чуть изоамилмеркаптана. Серосодержащие соединения диаллилдисульфид (CH2=CH-CH2)2S2 и аллицин CH2=CH-CH2-SO-S-CH2-CH=CH2 снабжают резкий запах чеснока, а главный компонент запаха лука — аллилпропилдисульфид CH2=CH-CH2-S—S-CH2-CH-CH3.
В самих луке и чесноке (относящихся к роду Allium) нет аллилов: в них при разрезании под действием ферментов преобразовываются бессчётные молекулы аминокислоты цистеина, которые содержат сульфгидрильные группы -SH. Изюминкой этих дисульфидов есть то, что от запаха фактически нереально избавиться ни посредством чистки зубов, ни полосканием рта. Эти соединения, пробравшись через стены кишечника в кровь, разносятся по организму, в том числе и в легкие, откуда выделяются с выдыхаемым воздухом.
Передача сигнала
Мембраны клеток складываются из двойного слоя липидных (жироподобных) молекул, в котором плавают молекулы белков, сцепленные между собой, как шестерёнки и рычаги.
В случае если конфигурация молекул пахучего вещества сходится со структурой рецепторных белков, то изменение их формы ведет к включению натрий-калиевых насосов — белков, каковые, как демон Максвелла, производят из цитоплазмы ионы K и впускают вовнутрь ионы Na. Это ведет к трансформации разности потенциалов между межклеточным веществом и цитоплазмой (минусы и плюсы на рисунке внизу).
Импульсы тока, имеющие напряжение около 100 мВ и частоту около 2000 Гц, как волна по кнуту, передаются вверх по инстанции, доходят до синапса, включают в нем механизмы передачи импульсов от одного нейрона второму и в итоге осознаются как чувство определенного запаха.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№79, май 2009).
<
h4>