Читаем без скачивания Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать - Алексей Аркадьевич Макарушин

Синестезия сама по себе достаточно редкое явление. Однако есть две сенсорные системы, которые работают в столь плотном единении, что в обыденной жизни их не всегда толком различают. Речь идет о вкусовом и обонятельном анализаторах (не отделяя от последнего вомероназальную рецепцию). Когда мы говорим о вкусе еды, это всего лишь на 10-20 % комбинация информации от шести или семи типов собственно вкусовых рецепторов, остальное – это аромат еды, букет запахов, искусство шефа управлять флейворами, воспринимаемыми через обоняние. Отключение по тем или иным причинам обонятельного анализатора делает еду пресной, «плоской» по вкусу в привычном понимании.

Дополнительным свидетельством особой близости обонятельного и вкусового анализаторов может быть факт принадлежности рецепции соленого к обонятельному анализатору у мальков некоторых костистых рыб, например данио-рерио, zebrafish, излюбленной модели ихтиологов (Herrera K. J. et al., 2021). Не будем говорить, какую роль играет обонятельный анализатор в жизни практически всех животных за редким исключением человека и, скажем, китов. И здесь возникает один очень странный парадокс. У человека около трех дюжин весьма стабильных генов кодируют рецепторы вкуса (мы помним о 25 типах рецепторов горького и 4 типах рецепторов умами), большинство из них (по меньшей мере рецепторы горького, сладкого и олеогустуса) являются также рецепторами клеток врожденного иммунитета. Несколько сотен весьма подвижных генов кодируют рецепторы адаптивной иммунной системы – иммуноглобулины и Т-клеточные рецепторы; все неимоверное разнообразие антител и Т-клеточных рецепторов создается почти произвольными сочетаниями генов из нескольких групп, кодирующих разные домены (участки) этих рецепторов.

Обонятельные рецепторы, способные различать тысячи запахов (ароматических молекул), кодируются чуть меньше, чем тысячью стабильных генов у человека и несколькими тысячами генов у других млекопитающих, составляя у человека до 5 % всего генома[12]. Каков предельный смысл такой генетической расточительности?

Отличительной особенностью чувствительных обонятельных клеток позвоночных от чувствительных клеток других анализаторов состоит в том, что эти клетки являются полноценными нейронами – обонятельными биполярными нейронами, погруженными в эпителий слизистой носа. Ввиду того, что эти чувствительные нейроны расположены очень близко к головному мозгу и соединены с ним через обонятельную луковицу довольно короткими нервными волокнами, то обонятельные нервы иногда называют выростами головного мозга; однако в эволюционном плане не менее справедливо было бы, напротив, сам головной мозг назвать выростом от обонятельных нейронов. По крайней мере ринэнцефалон – обонятельный мозг, то есть совокупность структур нервной ткани, связанных с обработкой и анализом сенсорных данных от обонятельных рецепторов, это филогенетически древнейшая часть головного мозга позвоночных.

Сами по себе рецепторы запахов являются разновидностью хеморецепторов – структур, способных связывать и различать определенные молекулы или типы молекул. По сигналам через хеморецепторы прокариоты способны изменять как свои метаболические процессы, так и поведенческие реакции, включая хемотаксис и кооперативное поведения (УПС: глава Х).

Отличием запаховых рецепторов от остальных хеморецепторов остается то, что, во-первых, для доставки пахнущих молекул-одорантов к рецепторам из окружающей среды (у наземных позвоночных – из носовой слизи) используются специальные молекулы-переносчики. Они же после распознавания уносят одоранты от рецепторов. Во-вторых, до конца не понятно, что же рецепторы запаха все-таки распознают. Подавляющее большинство рецепторов других типов распознает или определенные химические связи, или пространственную форму молекул/конфигурации их электронных облаков по принципу «ключ-к-замку». Но, как оказалось, эта схема не совсем подходит для запахов: очень близкие по строению молекулы могут пахнуть совершенно по-разному, а очень разные – очень похоже.

На сегодняшний день есть несколько теорий распознавания запахов, которые принципиально можно свести к двум. Первая объединяет большинство остальных и сводится к той же модели «ключ-к-замку».

Наиболее разработанную версию такого подхода создал в конце 60-х годов британский биохимик Джон Эймур (John Amoor). В его модели специфическое распознавание запахов происходит с учетом не только формы молекулы, но и ее веса и заряда. Но основной идеей стереохимической теории Эймура является предположение о наличии семи «первичных» запахов или групп запахов, которым должны соответствовать семь видов рецепторов, различные комбинации возбуждения которых и формируют все разнообразие ароматов.

Это предположение в достаточной мере подтверждается работами Линды Бак и Ричарда Акселя (Linda Buck and Richard Axel), получившими в 2004 году Нобелевскую премию за открытие и описание работы генов, кодирующих одорант-связывающие рецепторы. Их комбинаторный подход предполагает, что один одорант способен возбуждать разные обонятельные нейроны (а каждый обонятельный нейрон несет только один вид обонятельных рецепторов), и в то же время каждый нейрон может возбуждаться несколькими одорантами. Разложить возбуждения от разных нейронов по полочкам и выстроить из них запоминаемую и узнаваемую систему запахов и помогают сравнительно сложно устроенные нейронные сети обонятельного мозга.

Альтернативная теория «магнитной карты» греческого биофизика Луки Турина не противоречит комбинаторному принципу формирования образа запаха в головном мозге, но рассматривает отличающуюся от модели Эймура механику взаимодействия одорантов с рецепторами. Турин в 1996 году предположил, что обонятельный рецептор реагирует на квантовые колебания пахнущей молекулы, попавшей внутрь его. Точнее, здесь может работать принцип квантового туннелирования электронов: электрон от аминокислоты рецептора с некоей ненулевой вероятностью туннелирует в ароматическую молекулу, где выделяет энергию, вызывая колебания, которые обратно воспринимаются рецептором. Возможно, именно для правильного позиционирования одоранта в рецепторе и нужны специальные белки-переносчики.

У этой теории достаточно много как экспериментальных подтверждений, так и опровержений. Не последнюю роль играет, с одной стороны, особая субъективность восприятия запахов, которую нельзя количественно измерить, как, скажем, частоту звука или света, с другой – многоплановое участие в работе обонятельных нейронов их непосредственного клеточного окружения, что чрезвычайно сложно воспроизвести в экспериментальных лабораторных исследованиях на изолированных клетках.

Роль окружения обонятельных биполярных нейронов особенно наглядно проявилась при анализе развития одного из наиболее часто встречающихся симптомов новой коронавирусной инфекции – исчезновении способности воспринимать запахи (аносмии).

Первоначально предполагалось, что этот симптом при COVID-19 вызван обилием носовой слизи и ее меняющимися механическими свойствами. Но это предположение не подтвердилось: аносмия развивалась и длительно сохранялась и при практически полном отсутствии слизи, при полностью сухом носе. Возникли ужасающие предположения, что вирус способен проникать в обонятельные нейроны, убивая их, и двигаться дальше, в головной мозг, вызывая необратимые последствия. К счастью, и эта гипотеза не подтвердилась.

Обонятельные биполярные нейроны совершенно не имеют рецепторов АСЕ2, через которые вирус SARS-CoV-2 проникает в клетку, но ими перенасыщены окружающие их клетки, в первую очередь так называемые опорные клетки обонятельного эпителия.

Исследования группы Николя Менье (Nicolas Meunier) из университета Париж-Сакле показали, что эти клетки при заражении SARS-CoV-2 массивно инфицируются вирусом, в результате чего происходит разрушение структуры обонятельного эпителия – его отслоение и деструкция обонятельных ресничек нейронов, при этом сами обонятельные нейроны