Три молекулы в стакане

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

— Нет, три молекулы — это маловато, но несколько десятков тысяч, что кстати, тоже совсем немного, он почувствует. Это приблизительно столько же, сколько может учуять хорошая охотничья собака. Так что мощность нашего прибора примерно равна «одному собачьему носу», а ведь больше и не нужно, смею вас заверить,— с этими словами руководитель группы хеморецепции биологического факультета МГУ Александр Михайлович Королев показал на небольшой лабораторный стол. На столе и стояло нечто, чья мощность измерялась одним собачьим носом,— несколько металлических цилиндров, опутанных прозрачными трубками, тонкие стеклянные сферы, какой-то прибор, неторопливо втягивающий в себя широкую ленту миллиметровой бумаги, рядом светилось неяркими цифрами табло.

Таких установок мне еще не приходилось видеть. И неудивительно — на столе расположилась пока единственная в мире модель носа, вернее, даже не носа, а его чувствительных клеток — рецепторов, помогающих всем нам различать запахи.

Александр Михайлович повернул небольшой рычажок на приборе. Что- то зашумело, запрыгала жидкость в стеклянных трубочках, а самописец зачертил красными чернилами замысловатую кривую.

— Вот это,— Александр Михайлович указал на кривую графика, — и есть результат работы «искусственного носа». Здесь содержатся все сведения о запахе, о его силе, химическом составе.

Прежде чем машина построила такой график, мы дали ей на пробу определенное вещество. По тонким, как волоски, трубочкам молекулы проникли в этот серый цилиндрик, в котором находится главная деталь установки, собственно «нос», все остальное в приборе совсем просто. Главное — это…

Как выяснилось, главным оказалось то же, что и в органах обоняния любого живого существа. Чтобы узнать, как работает эта важнейшая «деталь» в сложной «машине» различения запахов, сотрудники лабораторий проделали тысячи экспериментов.

В результате родилась стройная гипотеза, объясняющая механизм восприятия запахов. В органах обоняния есть рецепторы — чувствительные клетки, различающие молекулы запахов и сообщающие об этих различиях мозгу. За действием этих клеток и наблюдали исследователи. Оказалось, что мембрана на поверхности таких рецепторов необычна. На ней помещены особые активные зоны, которые образуют с молекулами пахучих веществ специальные химические связи,— специалисты называют их донорно-акцепторными. Как только «молекула запаха» подплывает к мембране, она моментально попадает в плен зоны и связывается в нескольких местах. Если таких соединений одно-два, то ничего не происходит, но если тысячи молекул создают «шубу» вокруг мембраны, то она меняет свое поведение. Ее электропроводность уменьшается. Причем если мембрану окружают молекулы одного пахучего вещества, электропроводность ее будет одной, если другого — другой.

А раз так, то по обе ее стороны скапливаются заряженные ионы различных веществ. (Ведь события развиваются в слизистой оболочке носа иными словами, слабом электролите.) Собираются ионы — появляется разность потенциалов, рождается электрический импульс, который передается в мозг.

Значит, главная деталь естественных органов обоняния — необычайно чувствительная мембрана.

И в этом аппарате,— продолжил Александр Михайлович, — главное тоже в необычной мембране, которую нам удалось синтезировать по образу и подобию ее биологической сестры. Наша мембрана также умеет менять электропроводность под действием пахучего вещества. А раз так, все остальное довольно просто. По линиям этих графиков,— он показал на рулон исчерченной миллиметровки,— можно судить, что «нюхала» машина. Каждое вещество оставило здесь свой автограф.

Новая машина может найти применение на ряде химических производств, при анализе микроскопических количеств веществ или при определении состава различных примесей в атмосфере. Но значение работы исследователей не только в этом, суть ее глубже. Биологи считают, что обоняют в широком смысле этого слова не только клетки носа, но и многие другие. Ведь распознать молекулы вредных или полезных веществ важно, пожалуй, всем клеткам организма. Мембранным их оболочкам нужно точно знать, что пропустить внутрь, что задержать, им пригодятся сведения и о составе этих веществ, чтобы выделить в ответ на их присутствие какие-то другие соединения и т. д. Тут на помощь и приходит внутреннее обоняние — удивительное свойство мембран, использованное специалистами при создании «механического носа».