Таємниця запаху

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Цій таємниці стільки ж років, скільки й тим, хто намагається її розгадати, – вона народилася разом з людиною. Нюх – єдине з усіх п’яти наших відчуттів, природа якого досі не до кінця розкрита вченими. Звідки береться запах? Чим він викликаний? Чому речовини пахнуть по-різному? Як ми сприймаємо цю величезну гаму запахів? Іншими словами, що таке запах? Подібні питання давно хвилювали людей, але відповіді на них не було.

ВІК АРОМАТІВ

Ця проблема, як багато інших, має дві сторони: теоретичну і практичну. І вийшло так, що вчені-практики значно обігнали вчених-теоретиків. До сьогоднішнього дня ще не створена скільки-небудь закінчена, визнана теорія нюху, але є дуже багато серйозних практичних робіт зі створення різних запашних речовин.

Описів робіт перших парфумерів ви не знайдете в наукових журналах: вони дійшли до нас у незайманих тисячоліттями творіннях стародавніх майстрів. При розкопках гробниці єгипетського фараона Тутанхамона були знайдені бальзам і пахощі, які до наших днів зберегли свій дивовижний аромат.

Раніше мистецтвом запахів володіли деякі, зараз це ціла галузь промисловості – парфумерна.

Багато століть людина користувалася для створення різних запашних речовин тим, що дала їй природа: рожевим маслом, олією сандалового дерева, мускусом. Розвиток парфумерної промисловості поставив перед хіміками-синтетиками завдання створити штучно природні запахи.

Найпростіший, але не самий короткий шлях полягав у копіюванні природи. Простий – тому що в даному випадку робота зводилася до з’ясування структури молекул природної речовини і механічному відтворення цієї структури, не короткий – тому що молекули натуральних речовин мали часто дуже складну будову. Однак цей шлях все-таки необхідно було пройти: не можна стати зрілим, минаючи дитинство. Ці дослідження дали певну користь: були синтезовані перші штучні запашні речовини. Але наступним, якісно більш високим етапом повинно було стати не просте наслідування природі, а розумне, раціональне відтворення запахів.

ТЕОРІЯ ПОЧИНАЄТЬСЯ З ПИТАНЬ

Для цього потрібно було спочатку з’ясувати одну принципову річ: чи вся молекула «пахне» або тільки її якась частина? Спочатку вчені вирішили, що відповідальними за запах в молекулі є функціональні групи, так звані осмофори, такі, як, наприклад, алкогольна, фенольна або нітрогрупи. Проте лише ці групи, ще не можуть служити ознакою запаху, так як відомі речовини, що мають осмофорні групи, але ніяким запахом не володіють. Тоді було висловлено припущення, що запах залежить і від структури молекули, до якої входять седофори, – ці структури були названі осмогенами і від характеру зв’язку між ним (типовий осмоген ядро бензолу, який є родоначальником багатьох запашних речовин). Згодом різні вчені емпірично встановили ще багато таких «містків» – близько сотні, що пов’язують запах з хімічною будовою.

Але, незважаючи на це, хімічної теорії запаху встановити не вдавалося. Занадто багато було нагромаджено для хімічного пояснення запаху. А істина здебільшого проста. Крім того, значною перешкодою до визнання хімічної теорії служив і той факт, що хіміки, створюючи штучно природні запашні речовини, отримали сполуки, які мають схожі запахи, але мають різну будову; і навпаки – речовини з близькою будовою мали абсолютно різні запахи.

Очевидно, розгадку слід було шукати не в її хімічній будові, а в чомусь іншому.

Першим, хто висловив раціональну ідею про справжню природу запаху, ідею, до якої сьогодні прийшла більшість вчених був геніальний М. В. Ломоносов. Ще в 1765 році він писав про коливальні (колівратні) рухи частинок ефіру як про збудника органів почуттів, у тому числі зору і нюху. Наступні сто п’ятдесят років вчені займалися в основному тим, що йшли від цієї ідеї в протилежну – хімічну сторону. І тільки останнім часом вони стали все більше схилятися до переконання, що запах пов’язаний з електромагнітними коливаннями молекул.

Але чи тільки розчарування привели вчених до думки про фізичну природу запахів? Чи не схоже це на доказ способом від противного: раз не хімія – значить, фізика?

Ні, не тільки. До цих висновків учені прийшли, відштовхуючись і від деяких позитивних фактів. До них відносяться в першу чергу явище комбінаційного розсіювання світла молекулами пахучих речовин і. їх особливе ставлення до ультрафіолетових і інфрачервоних променів. Зупинятися на цьому детально тут не має сенсу, зауважимо тільки, що подібні дані помогли направити пошуки в потрібну сторону.

ПІДВОДНІ РИФИ

Але і на цьому, здавалося б, вірному шляху вчених чекало чимало підводних рифів. І якщо деякі з них долалися науковою думкою відносно легко, то були й такі, які не вдавалося обійти відразу. Одним з таких рифів, на який на довгий час, як на мілину, сів корабель фізичної теорії нюху, було питання про механізм збудження нервового імпульсу. Справді, яким чином слабкі коливання молекул пахучих речовин уловлюються нервовими закінченнями нюхових рецепторів?

Хімічна теорія запаху давала цьому пояснення, нехай не зовсім очевидне, але все ж давала. Згідно їй, збудником нервових елементів є продукти хімічної взаємодії пахучих речовин з клітинними білками. А що могла запропонувати у відповідь фізична теорія? Спочатку нічого переконливого. Але пізніше, коли в результаті робіт різних вчених з’явилися нові біофізичні погляди і квантохімічні подання, хвилі цього потужного припливу сучасних ідей зняли корабель фізичної теорії з мілини.

ВІДСУТНЯ ЛАНКА

Отже, знадобилася допомога суміжних наук. Це закономірно. Процеси, що протікають в нашому організмі, взаємопов’язані, вони являють собою ланки одного і того ж ланцюга. І природно, тримаючи у своїх руках дві великих ланки, вченим легше підібрати до них середню, відсутню. Це схоже на кросворд окремі літери шуканого слова, отримані при відгадуванні суміжних слів, допомагають перевірити відповідь.

Так сталося і в теорії нюху. Умовно її можна розділити на три частини: перша – це питання про те, чим «виражається» запах, друга – як він передається нюховим рецепторам і, нарешті, третя – як це «повідомлення» доходить до нюхових центрів головного – мозку.

Відповіді на перше і третє питання були отримані раніше, ніж на друге; можливо, без них друга відповідь взагалі б не народилася.

Володіючи в своєму розпорядженні двома ланками, вчені могли перевірити правильність відсутньої, кінець одного служив початком іншому. І навпаки, якщо ланка добре вкладалася в загальний ланцюг, це підтверджувало і правильність вибору крайніх ланок молекули, а не окремих її груп.

Далі буде.

Автор: В. Азерніков.