Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Научную биографию обоняния можно сформулировать в одном предложении: запахи всегда являли собой онтологическую проблему. В первую очередь, запахи представляли интерес для объяснения других явлений, таких как поведение животных или опыление цветов. Однако свойствам запахов как таковых не уделялось большого внимания. Характеристики обоняния трудно описать и измерить. Научные эксперименты по восприятию запахов никогда не приводили к однозначным ответам.

Исторические записи показывают, чего не хватало в наших попытках понять обоняние. По сути, они демонстрируют наши упущения. А недоставало анализа на уровне организма – целостного исследования, начинающегося с сенсорной системы, придающей смысл запаху. Исторически при изучении запахов внимание обращали на предметы, источающие запах и являющиеся его материальной основой. До сих пор анализ запаха нередко начинают с характеристик физических стимулов, чтобы определить их влияния на восприятие. Эта стратегия оказалась успешной при исследовании других чувств, но в случае обоняния ее стали применять лишь интуитивно. Прошлые исследования не дали выдающихся результатов, и, возможно, пришло время пересмотреть реальные достижения этого подхода и заново оценить видение, сконцентрированное на источниках запаха, анализируя современные знания в исторической перспективе. Эти записи об исследованиях запаха также раскрывают интересную и неизвестную историю творческого научного мышления.

Древние времена

История большинства наук начинается с древних греков, и наша не исключение. Теории запаха зародились еще во времена Аристотеля и Платона, задолго до эпохи Возрождения, когда возникла современная наука. В соответствии с ранними представлениями все в мире состоит из четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Эта теория, выдвинутая Эмпедоклом, объясняла весь порядок вещей. Каждому элементу соответствовало его естественное место в великом космосе, а свойства элементов определяли все сущее на земле. Огонь был сухим и жарким, воздух – жарким и влажным, вода – влажной и холодной, а земля – холодной и сухой.

Как запахи вписывались в это видение мира? Было замечено, что запахи проделывали большое расстояние от источника до того, кто их воспринимал. Например, стервятники могут издали обнаруживать падаль. Однако не было понятно, какая материя позволяла осуществлять такую эффективную передачу. Нужна ли среда для передачи запаха? Учитывая неопределенную и невещественную природу запаха, древние философы не уделяли значительного внимания человеческому обонянию, и его обсуждение не занимало важного места в их трудах. Большинство мыслителей сходились в том, что нюх играл ключевую роль в жизни животных и второстепенную в жизни человека. Немногие рассуждения об источниках запаха сводились к двум противоположным концепциям реальности: запахи – это либо частицы, либо волны.

Первые представления о запахах были атомистическими[16]. Демокрит и позднее римский философ Лукреций рассуждали о приятности запахов. Они считали, что приятные запахи вызваны округлыми частицами, а неприятные – угловатыми, например, треугольными. Но на пути распространения этой идеи немедленно возникло препятствие: как объяснить, что одна и та же пахучая жидкость может вызывать разные реакции с разной степенью воздействия?

Платон обошел эту проблему. Он считал, что запахи являются результатом физического перемещения мелких частиц. Четыре элемента сами по себе не обладали запахом, и поэтому эти свойства должны были возникать в результате материального превращения элементов в пары или газы при трансформации воды и воздуха. В диалоге «Тимей» Платон анализировал запахи в качестве промежуточных, гибридных сущностей, не имеющих конкретного воплощения. Из-за химерного строения запахи нельзя распределять по естественным категориям, а можно лишь характеризовать по гедоническому признаку удовольствия. Примечательным элементом идеи Платона остается отчетливое понимание запаха как свидетельства изменения материи. Представление о запахе как о показателе превращения элементов предполагало форму чувственного суждения о зависимой и изменчивой природе материи.

Аристотель не соглашался с теорией паров, отмечая, что рыбы определяют запахи в воде. Он не критиковал напрямую своего учителя Платона, но нападал на Гераклита, имевшего аналогичные взгляды. В труде «О чувственном восприятии» Аристотель говорил о необходимости среды и о волновой природе запаха. Эта идея была основана на метафизических представлениях Аристотеля, приведших его к мысли о невозможности существования вакуума (horror vacui[17]). Волны запахов передают информацию, действуя как формальный стимул на водную или воздушную среду. В метафизике Аристотеля любой предмет представляет собой сочетание двух факторов – материи (hulê) и формы (morphê), а их взаимодействие описывается теорией гилеморфизма[18]. С этой точки зрения качественные вариации запахов основаны на разном материальном содержании волн.

Важны две идеи Аристотеля. Первая – разграничение в человеческом обонянии двух типов запахов. В труде «О чувственном восприятии» Аристотель признавал, что некоторые запахи обладают случайными характеристиками. Их гедонические свойства связаны не с их источником, а зависят от наблюдателя; например, аромат пищи приятнее, когда человек голоден. Другие запахи изначально приятны или неприятны вне зависимости от состояния наблюдателя. Эти запахи – свойства вещества, не имеющие отношения к человеческим желаниям. Второй тип запахов, таких как цветочный аромат – эстетический.

Кроме того, Аристотель указывал на когнитивную составляющую в восприятии запаха и вкуса. Они «приводят в действие способность восприятия, которая прежде существовала только потенциально. Таким образом, чувственное восприятие аналогично не процессу получения знаний, а использованию ранее приобретенных знаний»[19]. Возможно, именно из-за связи с воспоминаниями запахи не подходили для философских исследований основ реальности.

Запахи как объективные свойства рассматривались в садоводстве и медицине. Ученик Аристотеля Теофраст исследовал терапевтическую силу запахов. В «Исследовании растений» он давал систематические советы об излечении от недугов с помощью ароматного сока растений, например, предлагал использовать капусту для избавления от похмелья и «удаления паров пьянства»[20]. Теофраст называл восемь видов пахучих жидкостей: сладкие, маслянистые, бродильные, вяжущие, едкие, соленые, горькие и кислые. В некоторых из этих групп были дополнительные подгруппы, например, четыре варианта сладких соков.

Далее Теофраст описывал различные материальные эффекты запахов. Запахи (сухие элементы) возникали при испарении влажных элементов. Запахи растительных соков представляли собой смесь сухих (земля) и влажных (вода) компонентов. Такая классификация объясняла, почему растения могут различаться по запаху и вкусу: например, почему некоторые пахучие вещества имеют горький вкус, а сладкие вещества часто не имеют запаха.

Для медицинского применения было важно, что кроме зависимости от дозы некоторые запахи и вкусы полезны для одних организмов и вредны для других – в соответствии с их конституцией. Это противоречило мнению Аристотеля, который полагал, что любое вещество характеризуется парой противоположных сущностей. Аристотель считал, что запахи либо обладают хорошими «природными свойствами» (такими как сладость), либо имеют вредные недостатки, составляя отрицательную пару своему положительному аналогу (горькое противоположно сладкому). Однако Теофраст рассматривал влияние запахов в связи с воспринимающим их организмом и параллельно с элементным составом растений.

Таким образом он связывал различия в восприятии запаха с конституцией наблюдателя. Эта композиционная теория запаха подтверждалась наблюдениями, что некоторые свойства (такие как жгучесть или сладость) присущи и приятно, и неприятно пахнущим веществам. Идеи Теофраста можно рассматривать в качестве ранней гипотезы, объясняющей влияние смесей. Его описание запахов во фрагменте VI трактата «Причины растений» весьма обширно, хотя и не структурировано. Из его идей не выросла истинная теория запаха.

Средневековье

На протяжении Средних веков, когда общество приравнивало чувства к грехам, запахи приобрели весьма дурную репутацию[21]. Запахи указывали на моральные качества, выявляя истинную сущность вещей. Во многих трактатах, созданных по божественному промыслу, приятные запахи и моральные ценности контрастировали с нечистыми запахами и пороками. Серные пары ада, испарения распадающейся плоти и гниющих фруктов или зловоние болезней, данных в наказание за греховное поведение, противопоставлялись цветочному аромату – знаку красоты божественного творения, с пестревшим цветами раем и религиозными ритуалами, сопровождавшимися курением фимиама. Даже в смерти «запах святости» указывал на святого или мученика. Вместо зловония распадающейся плоти из могилы святого доносился приятный сладкий аромат, напоминающий запах меда или душистых цветов и трав.

Запахи олицетворяли осязаемые сигналы духовного порядка, отражали природные законы. Теологическое исследование было неотделимо от ранних донаучных исследований космоса, и в этом контексте для средневекового мышления запахи представляли всеобъемлющую материю реальности. Запахи обеспечивали переход между телесным и нематериальным миром и выходили за пределы ближайшего физического окружения, сообщаясь с миром скрытых смыслов и причин.

В качестве отражения внутренних сущностей запахи служили бесценным инструментом для врачей. Средневековая медицина строилась главным образом на гуморальной теории греческого врача Галена. Здоровье и болезнь определялись соотношением четырех жидкостей организма (крови, флегмы, желтой желчи и черной желчи), соответствовавших четырем основным элементам (воздуху, воде, огню и земле). Каждой паре приписывалось особое свойство. Их соотношение отвечало как за темперамент, так и за физиологию человека. Кровь отвечала за смелость, флегма – за спокойный нрав, желтая желчь – за амбиции или беспокойство, а черная желчь – за аналитические способности[22]. Тело представлялось как система естественных проявлений, дававших возможность понять невидимые психологические процессы. И запах был важнейшим элементом этой системы. Ароматы, соответствующие гуморальному составу человека, были приятными, а противоречащие – неприятными.

Врачи воспринимали запахи в качестве диагностического инструмента и средства для восстановления баланса гуморальных жидкостей и настроения. Популярная схема «колесо мочи» позволяла классифицировать недуги пациентов по запаху, цвету и (да!) вкусу экскрементов. Как и другие медицинские изобретения, эта практика привлекала шарлатанов, использовавших человеческую мочу в предсказательных целях. Таких шарлатанов называли «мочевыми пророками» (это выражение впервые упоминается в документах 1655 года)[23].

Средневековый интерес к передаче запахов был ограниченным и являлся частью общей дискуссии о древней космологии, причем большинство ученых предпочитали аристотелевскую версию среды платоновским парам. Теорию Аристотеля поддерживало круговое распространение запаха и тот факт, что трупы привлекали хищников на большом расстоянии даже в отсутствие ветра. Андалузский эрудит Аверроэс (Ибн Рушд) также отмечал, что пчелы определяют запах, не вдыхая воздух. Аверроэс выделял два типа чувственно воспринимаемых сущностей: материальные сущности (esse corporale) и нематериальные сущности (esse spirituale); первые воспринимались органами чувств, вторые – душой[24].

Большинство схоластов, включая Фому Аквинского и Петра Испанского (автора «Scientia libri de anima»), верили в волновую теорию запаха. Средневековые ученые разделяли аристотельскую идею о боязни пустоты. Только доминиканский монах и естествоиспытатель Альберт Великий пытался объединить противоречащие друг другу представления Аристотеля и Платона о запахе. В труде «О душе» («De anima») Альберт Великий высказал гипотезу, что частицы Платона были истинной причиной запаха, прежде чем превращались в духовные качества, попав через воздушную среду в сенсорные пути. Он связал свой аргумент с наблюдениями за частицами ядовитых паров. Альберт Великий отстаивал многоступенчатую теорию восприятия: органолептические качества отделялись от материальной формы в результате умственной обработки в органах чувств[25]. Однако в теориях запаха все же превалировала идея о наличии среды.

Спорили лишь о том, как волны играют роль среды. Персидский ученый Ибн Сина, известный в Европе под именем Авиценна, предлагал три объяснения. Возможно, частицы смешиваются со средой (воздухом или водой). Или запах возникает в результате материальных изменений среды. Или, возможно, среда переносит запахи как информационные волны. Авиценна классифицировал обонятельные ощущения по степени приятности (рядом со шкалой сладкого и кислого). Более необычной была его идея, что кроме ощущаемых свойств (sensibilia), запахи также отражали такие важные качества как форма, количество, движение или покой[26].

А что было известно о физиологии обоняния? Средневековые представления об обонятельных путях и особенно об обонятельных нервах оставались путаными. Обонятельные нервы были открыты Галеном в античные времена, но поначалу исключались из группы нервов головы. Ситуация была исправлена только Каспаром Бартолином Старшим в XVII веке[27].

Средневековых теорий о физиологии запаха немного, но есть одно важное исключение – теория францисканского монаха XIII века Бартоломея Английского. Бартоломей пересмотрел анатомические данные об обонятельных путях и подкорректировал наблюдения Константина Африканского (врача XI века, известного переводами арабских медицинских текстов), полагавшего, что функция одной ноздри – в затягивании воздуха в нос, а другой – в выдыхании излишков. Бартоломей утверждал, что в ноздрях есть проводящая ткань, выступающая из мозга наподобие сосков и превращающая вдыхаемые сухие пары в душевную сущность. Далее Бартоломей предположил, что запахи действуют на мозг напрямую. Современный историк Крис Вулгар объясняет: «Нос служил путем для проведения запаха в мозг; отделявшая нос от мозга кость была пористой, и, чтобы запах ощущался, воздух должен был проходить через два отростка от лобных полостей мозга», так что «в случае запаха сам мозг являлся органом чувств»[28].

Но средневековый мир начал угасать, и античная теория о четырех элементах распалась. В результате произведенной Коперником революции в физике Вселенная перестала быть ограниченной. Вместо представлений о замкнутом мире возникла идея о безграничной Вселенной. Как следствие, в эпоху Возрождения и раннего Нового времени возникли новые возможности для изучения природы. Космос и космические объекты потеряли свое исходное положение и оказались неопределенными и неограниченными по содержанию. После падения древней онтологии старые идеи стали совмещаться с новыми. Поднялись прежние вопросы о количестве элементов и их принадлежности. Если не существует фиксированного метафизического порядка, определяющего элементную основу вещей, к чему относятся запахи?

Новое время

Научный интерес к запахам значительно возрос в XVIII веке с развитием ботаники. Центральную роль в этом сыграл основатель современной таксономии[29] шведский ученый Карл Линней. Его чрезвычайно увлекала классификация всего, что он встречал на своем пути: растений, животных, минералов и даже собственных коллег. Успех линнеевской системы классификации объяснялся иерархической интеграцией отдельных разнородных элементов в общие категории. Полезным оказалось изобретение бинарной номенклатуры с тщательным разделением элементов по родам и видам. Линнеем двигало амбициозное желание разработать систему, которая включала бы в себя все сущее. Он почти преуспел. Установленному им порядку не подчинились только запахи.

Линней исследовал терапевтические свойства растений на основании эмоционального воздействия их запаха. Работу «Odores medicamentorum» Линней написал в соавторстве со своим учеником Андреасом Валином[30]. Этот труд считается первым систематическим описанием запахов. Однако запахи в работе не классифицировались, а обсуждались в качестве показателей лечебных свойств растений. Система запахов Линнея существенно отклонялась от им же сформулированных общих таксономических принципов; причина такого методологического исключения остается неизвестной. Вместо вложенной иерархии Линней определил семь классов обонятельных ощущений в соответствии со шкалой гедонической привлекательности (с разной степенью притягательности). Приятные запахи относились к категориям ароматических или бальзамических запахов (теплая гвоздика или лилия). Неприятные составляли категории амброзийных (мускус), животных (коза), гнилостных (отталкивающие) и тошнотворных (отвратительные) запахов. Исключение составлял седьмой класс луковичных (чесночных) запахов, поскольку его нельзя было однозначно разместить на гедонической шкале.

Более проработанную схему Линней опубликовал в 1766 году в труде «Два ключа медицины («Clavis medicinae duplex»). В терапевтическом ракурсе «способы жизни» коррелировали со «свойствами природы». Линней описал пять принципов противоположного действия по шкале сладких и «дьявольских» (в переводе Хогга) запахов. Интерес к аффективной природе ароматов также затрагивал их влияние на поведение. Шведский врач и отец современной физиологии Альбрехт фон Галлер заинтересовался изменением ощущения запаха во времени. Например, запахи свежего мускуса или виверры поначалу отталкивают и напоминают вонь фекалий, но потом приобретают более приятные ноты. Распадающаяся плоть на разных стадиях разложения несколько раз меняет запах – от гнилостного до сладкого. Казалось, существует бесконечное множество вариантов классификации запахов. В «Elementa physiologicae» Галлер разделил запахи по трем основным принципам привлекательности: сладкие (или амброзийные), промежуточные и зловонные. Эти категории включали разнородный набор – от запаха шафрана до запаха фекалий или «запаха клопов, обнаруженных в кориандре».

Линней и Галлер пробудили дополнительный интерес к обонянию, а развитие исследований в этом направлении возглавил голландский физиолог Хендрик Звардемакер. Его труд «Die Physiologie des Geruchs», вышедший в 1895 году, представляет собой полный обзор теорий обоняния, предложенных его предшественниками и современниками. Звардемакер выделил три типа обонятельных ощущений: чисто обонятельные (reine olfactive Riechstoffe) и два типа смешанных, а именно – обонятельные ощущения, сопровождающиеся либо болью в носу (scharfe Riechstoffe), либо привкусом во рту (schmeckbare Riechstoffe). Он считал, что трудности с изучением чисто обонятельных ощущений связаны с недостатком точных терминов (keine besonderen Namen): запахи обычно идентифицируют по их материальному источнику. Он сравнил эту проблему с описанием цветов в донаучную эпоху. До Ньютона цвета определяли, ссылаясь на классические примеры, такие как кровь для красного цвета. Методическая терминология цветового зрения возникла после открытия светового спектра.

Таким образом, для научной классификации запахов требовалось успешное выделение простых запахов, аналогичных первичным цветам. В то время выделение компонентов запаха было сопряжено с невероятными техническими сложностями. Небольшое загрязнение и различие в концентрации образцов оказывали значительное влияние на их обонятельные свойства. Звардемакеру пришлось пойти другим путем. Он назвал девять первичных классов запахов, описывающих ботанические, химические и физиологические свойства пахучих материалов:

Пахучие вещества не поддавались планомерной и полной систематизации. Некоторые наблюдения самого Звардемакера находились в противоречии с его же системой, как, например, когда запах нагретого мышьяка напоминал запах чеснока. Кроме того, классификация ароматических веществ еще более усложнилась с развитием методов химического синтеза в конце XIX века.

Ботаники продолжали сортировать пахучие материалы, несмотря на тщетность попыток охватить широчайшее разнообразие запахов. Австрийский ботаник Антон Кернер фон Марилаун считал химическое понимание запахов необходимым, но недостаточным. Запахи имеют в живой природе сложный смысл, который нельзя свести к химической формуле. Например, известны случаи обонятельной мимикрии, когда растения испускают запах, напоминающий запах иных видов и представителей других таксономических групп, чтобы обманом привлечь наивных насекомых к опылению. Фон Марилаун опубликовал свои наблюдения в труде «Естественная история растений, их форм, роста, репродукции и распространения»[31].

В соответствии с теорией фон Марилауна, принятие или отторжение запахов определяется двумя основными задачами – выживанием и воспроизводством. Соединяя химию и биологию, его система определяла пять первичных химических групп запахов: индолоиды, аминоиды, парафиноиды, бензолоиды и терпеноиды. Функции этих групп определялись по четырем параметрам: описание запаха, химический состав, ботаническое происхождение и ценность. Но даже в представлении фон Марилауна эта схема оставалась несовершенной. Большинство запахов исходит не от отдельных веществ, а от смесей химических веществ. Кроме того, растения в процессе развития или в течение суточных и годовых циклов могут испускать разные запахи. Биологическая классификация запаха предлагала не однозначные, а перекрывающиеся определения.

Однако классификация фон Марилауна оставалась популярной в садоводстве. Активным сторонником идей фон Марилауна был ботаник Джон Харви Ловелл, которому в 1920-х годах было поручено написать серию из семи статей о цветочных запахах для American Bee Journal. В этой серии статей рассматривался целый ряд вопросов, включая общее введение в физиологию человеческого обоняния и его связь со вкусом, классификацию цветочных запахов и систематический обзор влияния цветочных запахов на поведение пчел. Важно отметить вторую статью Ловелла, «Классификацию цветочных запахов», в которой он отмечал условность любой системы классификации в связи с ее практическим применением. Более того, Ловелл отмечал, что классификация запахов подразумевает определенную степень неоднозначности: «Во многих случаях будут возникать разные мнения относительно запаха некоторых цветов». Вероятно, это различие во мнениях связано с тем, что «цветок может источать два запаха, или его утренний запах может отличаться от вечернего»[32].

Другим сторонником фон Марилауна был Фрэнк Энтони Хэмптон. В книге «Запах цветов и листьев» Хэмптон выделил десять категорий и предложил три стандарта для идентификации известных запахов и классификации новых[33]. Первым стандартом было качество запаха (словесное описание), вторым – основное применение в производстве ароматических веществ, таких как эфирные и жирные масла или спирты (растительные экстракты), а третьим – тип цветка (образец).

К середине XX века интерес к таксономической классификации запахов увял. Причиной послужили значительные изменения в биологических науках в XIX и особенно в XX веке. Технологические прорывы и важнейшие открытия в биохимии привели к смещению центра научных интересов. Естественная история уступила место генетическому и экспериментальному исследованию жизни животных и растений. И в этом новом ракурсе в рамках наук о жизни запахи утратили свою объяснительную функцию.

Химический поворот

До XIX века немногие ученые исследовали запахи в качестве химических соединений, разве что в парфюмерии. Парфюмерия – одна из двух древнейших в мире профессий – была делом секретным. История парфюмерии изобилует сказками, и кажется, что ее замысловатую связь с ранней химией трудно распутать. Основные методы парфюмерии представляли собой практическое применение ранней химии. Химия и парфюмерия в значительной степени перекликались в использовании материалов и инструментов, а также в стоящих целях[34].

Парфюмеры выделяли, перегоняли, смешивали, нагревали, разделяли пахучие вещества и экспериментировали с их наблюдаемыми свойствами. Записи рецептов для создания пахучих веществ и манипуляций с ними восходят к дохристианской эпохе. Первые хроники с описанием масел и помад относятся еще к временам Древнего Египта.

За столетия парфюмеры создали и усовершенствовали разные методики. В процессе экстракции растительный материал подвергали механическому воздействию путем прессования или измельчения. Полученные таким методом субстанции обычно содержали много летучих эфирных масел и стоили недорого, как апельсиновая цедра. Техника дистилляции представляла собой сухую или влажную перегонку: такие материалы, как цветы или древесина, нагревали, а выделявшиеся из них пахучие экстракты собирали путем конденсации. Некоторые цветы, например, жасмин, при дистилляции разрушались. Поэтому более чувствительные материалы подвергали мацерации – процедуре отделения специфических компонентов с помощью растворителей, таких как спирты. Наиболее нежные цветы обрабатывали с помощью анфлеража (абсорбции). Цветы распределяли на рамке, покрытой слоем жира, который на протяжении семидесяти двух часов поглощал их запах. Это был длительный и дорогостоящий метод. Выбор процедуры зависел от цены продуктов, требуемого качества и формы их конечного применения (эфиры, водные растворы, масла, помады или бальзамы). Эти техники парфюмерной практики существовали на протяжении столетий вплоть до XIV века.

Около 1320 года два итальянца сделали важное изобретение, которое отметило начало развития современной парфюмерии: придуманная ими охлаждающая система в форме змеевика облегчала получение крепкого спирта. Парфюмерам это предоставляло невиданные ранее возможности. С появлением концентрированного спирта применение пахучих веществ кардинально изменилось, поскольку спирт разбавляет и расщепляет смеси. Ингредиенты духов можно было разделить и высвободить на нескольких стадиях, а ароматные творения проявляли разные свойства в зависимости от длительности контакта с кожей.

Так родились современные духи. Теперь это была тройная композиция, состоящая из «верхних нот» (ощутимых в первые 15 минут), «средних нот» (или «нот сердца», слышимых на протяжении получаса после испарения «верхних нот») и «базовых нот» (остаточного аромата, длящегося до 24 часов). В эпоху Возрождения случился бум в создании новых и сложных сочетаний запахов. «Венгерская вода», созданная в 1370 году по заказу венгерской королевы Елизаветы, была одним из первых парфюмерных изделий на основе спирта и по сей день остается одним из наиболее удачных ароматов[35].

О химическом составе запахов было известно мало. Ситуацию изменил пионер современной химии – англо-ирландский ученый Роберт Бойль. В 1675 году Бойль описал серию из двенадцати «Экспериментов и наблюдений о механическом производстве запахов»[36]. Этот краткий отчет, содержавший инструкции для экспериментального воспроизведения, представлял собой часть более обширного критического обзора популярной алхимической доктрины, которую современники Бойля называли tria prima и которую поддерживал Парацельс и его последователи спарагисты. Доктрина tria prima описывала состав веществ в соответствии с тремя принципами: соль воплощала принцип устойчивости и невоспламеняемости, сера – принцип горючести, а ртуть – принцип плавкости и летучести[37].

Бойль считал, что химический мир состоит из частиц (корпускул). И запахи не исключение. Однако с ними была связана некоторая неопределенность. Было очевидно, что материалы испускали запахи самых разных типов, менее явным был «принцип испускания запаха». Проблема корпускулярной теории запаха состояла в том, что, несмотря на постоянное высвобождение пахучих частиц, масса источника заметно не сокращалась. Наблюдая на протяжении шести дней за куском асафетиды, Бойль рассуждал так: «Весь кусок не потерял и полчетверти грана; это заставило меня подумать, что, возможно, есть потоки, различимые нашими ноздрями, которые гораздо тоньше, чем благоухающие испарения самих пряностей там»[38].

Связаны ли изменения свойств запаха с разными химическими реакциями? Бойль придумал несколько вариантов экспериментов, проверяя роль разведения, тепла или посуды из разных металлов, таких как серебро или золото. Реакции были отчетливыми, измеряемыми и при этом разнообразными. Например, Бойль обнаружил, что сочетание некоторых непахучих веществ приводит к появлению сильного запаха. В другом случае он получил приятный запах из зловонных компонентов. Кроме того, удавалось нейтрализовать или усилить некоторые запахи путем добавления веществ, запаха почти не имевших. Эти эксперименты показали, что появление запахов подчиняется тем же законам, что и другие химические реакции.

В качестве примера приведем одну из инструкций Бойля из «Экспериментов и наблюдений»:

К XVIII веку корпускулярная теория запаха получила в науке всеобщее признание. Однако запах передающихся по воздуху частиц не объясняли в истинных физических терминах. Считалось, что в восприятии запахов задействованы нематериальные динамические сущности. Наиболее ярко выражала эту идею теория spiritus rector, главным сторонником которой был голландский ботаник, химик и врач Герман Бургаве, учитель фон Галлера.

Бургаве считал, что за восприятие запаха отвечают два элемента, и отделял причину физического явления от ментального опыта. Действующей материей, осуществляющей перенос запаха, были летучие частицы. Однако частицы как таковые в гомогенном виде не объясняли разнообразия запахов. Качество запаха определял spiritus rector («управляющий дух») – невидимое маслянистое вещество, связанное с физическими частицами и действующее в качестве некоей жизненной силы напрямую на разум наблюдателя. Бургаве замечал: «Но маслянистые части в некоторой степени зависимы от этого чувства, поскольку перемещаются совместно с управляющим духом и, прикрепляясь к поверхности обонятельной мембраны, делают результат действия пахучих частиц более постоянным и продолжительным»[39]. Запах оставался важнейшим выражением живого мира, выходившим за пределы механических стимулов.

Современное понимание запаха начало формироваться после того, как два французских ученых внимательно исследовали лошадиную мочу. Лошадиная моча, имевшаяся в Европе XVIII века повсеместно и в большом количестве, обладала многими важными экспериментальными характеристиками (яркий цвет, щелочные свойства и едкий запах). Наряду с Лавуазье это были самые известные французские химики того времени – Антуан Франсуа де Фуркруа (зловещим образом причастный к безвременной гибели Лавуазье) и Клод Луи Бертолле. Они выделили из мочи мочевину и идентифицировали ее в качестве источника запаха мочи[40]. Другие ученые подтвердили важность этого открытия:

В 1828 году немецкий ученый Фридрих Вёлер включил изучение запахов в общие химические исследования с помощью нового эксперимента[42]. Он синтезировал мочевину из цианата аммония (CH₄N₂O). Значение этого синтеза невозможно переоценить. В то время считалось, что поведение органических веществ не описывается правилами, которым подчиняется поведение неорганических веществ: органические вещества подчиняются другим законам и жизненным силам. Вёлер показал, что это не так. Он синтезировал органическое вещество – мочевину – из неорганического соединения, цианата аммония. Органическая и неорганическая химия соединились, в химии произошел сдвиг парадигмы. Это было стартовым сигналом для изучения запахов.

У запаха появилось новое материальное измерение. Шаг за шагом происходила идентификация химического состава пахучих материалов, начали активно развиваться методы синтеза сырьевых и редких материалов. В 1818 году Жак-Жюльен де Лабиллардьер определил, что терпентиновое масло (скипидар) состоит из «соотношения пяти атомов C к восьми атомам H ((C₅H₈)_x)»[43]. Это открытие ускорило анализ состава аналогичных эфирных масел. В 1833 году Жан-Батист Дюма признал, что большинство эфирных масел имеют заметное сходство химического состава[44]. Он разделил эфирные масла на те, которые «содержат только углеводороды, такие как скипидар и лимонное масло, окисленные соединения, такие как камфорное и анисовое масло, или соединения серы (горчичное масло), или азота (масло горького миндаля)»[45]. Эжен-Мельхиор Пелиго, Юстус Либих и Отто Валлах собрали еще больше данных о составе и формулах важных для парфюмерии эфирных масел, таких как ментоловое и миндальное масла. Эти открытия происходили параллельно с развитием методов выделения различных компонентов запаха из сырьевых материалов, к числу которых относились вакуумная перегонка и дериватизация – метод для синтеза сходных по структуре веществ из конкретных химических соединений.

За пять последующих десятилетий произошел прорыв в исследованиях синтетических продуктов. В частности, катализатором этого процесса послужил синтез кумарина. Кумарин, впервые синтезированный в 1868 году, пахнет свежескошенным сеном и в природе встречается в бобах тонка (Dipteryx odorata) и в доннике, или сладком клевере (Melilotus). Кумарин был получен с помощью так называемой конденсации Перкина путем соединения салицилового альдегида (C₆H₄CHO-2-OH) с уксусным ангидридом ((CH₃CO)₂O). Сэр Уильям Генри Перкин, в честь которого названа эта реакция, также создал первый синтетический анилиновый краситель – сейчас этот розовато-лиловый цвет известен как «мов».

Становление химии ароматических и вкусовых добавок было отмечено синтезом ванилина из кониферилового спирта, осуществленным Фердинандом Тиманом и Вильгельмом Хаарманом в 1874 году. Хаарман понимал, что научный интерес к синтезу пересекается с растущими потребностями индустрии. Вскоре они с Тиманом основали собственную компанию Haarmann’s Vanillinfabrik. В последующие годы эффективность реакций росла, удовлетворяя нуждам крупномасштабного производства искусственных материалов[46]. Хаарман нанял Карла Реймера, который разработал технологию для усовершенствования синтеза ванилина. Метод Реймера оказался очень удачным[47]. Компания, переименованная в Haarmann&Reimer, быстро разрасталась (намного позже, после слияния с компанией Dragoco, эта фирма стала четвертой по величине парфюмерной компанией Symrise).

Это было время крупнейших изменений в химическом производстве парфюмерии и ароматизаторов, а также красителей и чернил. Появились новые компании, специализирующиеся на производстве синтетических материалов, включая двух главных игроков на современном рынке промышленных ароматов: Firmenich (изначально Chuit&Naef) и Givaudan; обе компании были основаны в 1895 году[48].

Индустриализация в Европе в XIX веке, безусловно, сформировала лицо современной химии. Началась торговля синтетическими ароматизаторами. Увеличение объема производства и рост потребности в ароматических продуктах стимулировали поиски дополнительных, новых и лучших синтетических веществ, что неизбежно вызвало модернизацию пищевой и парфюмерной промышленности. Традиционные сырьевые материалы для производства духов, такие как амбра, стали слишком редкими и дорогими для широкого коммерческого использования[49]. Природные материалы были заменены синтетическими. Искусственные вещества оказались удобнее в нескольких отношениях: их производство не зависит от сезона, как сбор цветов, и они доступны постоянно. Еще один важный фактор – введение этических, гигиенических и правовых ограничений на использование продуктов животного происхождения, таких как амбра или цивет, и их замена произведенными на фабрике.

Синтетическая химия инициировала фундаментальные сдвиги в научном понимании запаха. Венгерский ученый Леопольд Ружичка, удостоенный в 1939 году Нобелевской премии по химии за исследования феромонов насекомых, подтолкнул к пониманию связывающей способности молекул. В 1920 году Ружичка признал возможным, что осмофорная группа[50] может отвечать за ориентацию молекулы в гипотетическом рецепторном участке[51]. (Карьера Ружички была типичной для многих химиков того времени, изучавших ароматы. Не имея финансовой поддержки от традиционных научных институтов, он ушел на производство и возглавил отдел исследований и развития в компании Firmenich[52].)

Развитие химии изменило онтологию запаха. Стало непонятно, что считать природным, а что – искусственным. Химический синтез – не просто изменение материи. Он открывал новые перспективы в понимании причинной связи между запахами и их материальной основой. За неупорядоченным миром растительных материалов скрывался невидимый и сложно структурированный молекулярный мир. Мир запахов, возникший в результате развития и эволюции растений и животных, теперь сосуществовал с миром химических запахов, только что полученных в лаборатории синтетическим путем. Эта сущностная революция показала, чего не хватало в предыдущих исследованиях обоняния – сенсорной системы, скрывающей важнейший вопрос: что значит – воспринимать запах?

Физиология на закате XIX века

До XX века научный интерес к запахам концентрировался вокруг материалов, которые источают запахи. Когда стало известно о сенсорной системе, о ее физиологии и психологии? В начале XX века ученые разных специальностей независимо друг от друга обратили внимание на обоняние. И вот уже наше историческое повествование уходит от хронологии событий и обращается к мозаике исследований, охватывающих раннюю физиологию, психологию и – в скором времени – биохимию.

Первоначальный интерес к физиологии обоняния был кратким, но продуктивным. Мало что было известно об обонятельных путях. Гиппократ и Леонардо да Винчи выполнили анатомические рисунки носовой полости. Более подробное описание появилось позже в результате исследований британского хирурга Натаниэля Гаймора, его французских коллег Луи Ламорье и Луи-Бернара Брешилье Журдена, немецкого врача Самуэля Томаса фон Зёммеринга и итальянского анатома Антонио Скарпы[53].

Единственный стоящий упоминания механизм определения запахов был предложен французским врачом и анатомом Ипполитом Клоке в 1821 году в труде «Osphrésiologie: Ou, traité des odeurs, du sens et des organes de l’olfaction»[54]. Клоке признал важную роль слизистой, прочитав более ранние работы на эту тему немецких врачей Конрада Виктора Шнейдера и Йохана Фридриха Блуменбаха. Возможно, Клоке был первым, кто предложил механизм определения запаха с участием слизистой:

До конца XIX века физиология обоняния по большей части оставалась неизведанной территорией. И это упущение не было случайным. Трудно измерять и наблюдать обработку запахов. Подумайте: как бы вы стали определять, в какой части носа действуют частицы запаха, не говоря уже о том, как они это делают? Физиолог Эдуард Паулсен задал себе этот вопрос. В 1882 году Паулсену пришла в голову идея. Для современных людей она звучит жутковато, однако это был хитроумный экспериментальный подход. Паулсен раздобыл разрубленную пополам человеческую голову (рис. 1.1). Он покрыл носовую полость небольшими полосками лакмусовой бумаги и подключил аппарат искусственного дыхания. Затем две половины головы были соединены – грубо, но эффективно. Далее для имитации дыхательных путей была использована металлическая трубка, изображавшая трахею, и мочевой пузырь свиньи, служивший легкими. Паулсен продувал в нос воздух, в который он добавил аммиак. Отмечая места, где лакмусовая бумага изменила цвет, он зафиксировал путь прохождения воздуха через носовую полость – вплоть до эпителия, где происходит определение запаха. Вскоре похожее исследование провел Звардемакер[56]. Вместо человеческой головы он использовал слепок головы лошади, отделив носовую полость стеклянной пластинкой. Он разместил под ноздрями свечку и пропускал через них насыщенный углекислым газом воздух с помощью аппарата искусственного дыхания, аналогичного аппарату Паулсена, а затем измерял концентрацию выделяемого свечкой углерода на стеклянной пластинке, чтобы восстановить ход воздушных путей.

Эксперименты Паулсена и Звардемакера были проверены на наличие экспериментальных артефактов. Ни голова трупа, ни слепок не содержали живых тканей. Предполагалось, что поток воздуха в пульсирующих мембранах значительно отличается от такового в мертвой и лишенной воздуха ткани или жестком неорганическом материале. При повторных экспериментах были внесены некоторые модификации; например, для создания ингаляционных аппаратов применяли другие материалы (резиновые трубки вместо металлических).

РИС. 1.1. Человеческая голова в разрезе. В 1882 году Паулсен зафиксировал путь воздуха через носовую полость. Используя лакмусовую бумагу (прямоугольники справа) и аппарат искусственного дыхания (расположен ниже по оси AB), Паулсен проследил путь воздуха, насыщенного аммиаком, по обесцвечиванию лакмусовой бумаги. Источник: H. Zwaardemaker, Die Physiologie des Geruchs (Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 1895), 47.

Пока не стала известна анатомия обонятельных путей, теории запаха оставались умозрительными. Развитие нейроанатомии обоняния было связано с появлением новых технологий окрашивания тканей. Важнейшая из них – окрашивание серебром по методу Камилло Гольджи, позволившее описывать отдельные нейроны и их структуры. Подробные данные Сантьяго Рамон-и-Кахаля, полученные таким методом, актуальны и по сей день (подробнее о работах Гольджи и Рамон-и-Кахаля рассказывается в главах 2 и 7). Постепенно обонятельные отделы мозга становились зримыми. Но как объяснить увиденное?

Психология начала XX века

Было далеко не очевидно, что же такое запах. На протяжении веков он считался невидимой сущностью вещей. Но в чем был его смысл? О каких свойствах на самом деле свидетельствовало его восприятие? Каково значение психологической интерпретации крохотных молекулярных элементов и тонких нейронных структур? Что заставляет определенное количество этиленовых связей или углеродных цепей превращаться в мысленный образ роз или персиков? Так чувство обоняния стало предметом изучения психологии.

Однако психология начала XX века не была готова к решению таких задач. Популярные теории, особенно психоанализ, были посвящены решению более общих вопросов о природе человека и общества. Запахи не вписывались в эту схему.

Зигмунд Фрейд, знаменитый тем, что все ассоциировал с проявлением сексуальности или с ее подавлением, не уделял внимания обонянию. Оно играло слишком незначительную роль в анализе современного человеческого общества. Фрейд связывал формирование человеческой цивилизации с переходом к прямохождению и, поскольку нос при этом удалился от земли, указывал на снижение роли запахов в человеческой психологии. Вообще говоря, Фрейд считал любой длительный интерес взрослых людей к запахам некоей патологией и проявлением архаических инстинктов (как анальная фиксация)[57]. На этом он и остановился.

Пренебрежительное отношение Фрейда не было исключением. Если запах привлекал внимание, это происходило в контексте обсуждения психозов, особенно женских, как в «Трактате о нервных женских болезнях», написанном в 1840 году английским врачом Томасом Лейкоком[58]. Антропологические исследования усиливали мнение, что острый нюх – признак примитивной культуры и не свойственен цивилизованному человечеству. Однако история психологии не ограничена мнением Фрейда и его последователей. Раздавались и другие голоса.

Один из них принадлежал передовому английскому врачу Хэвлоку Эллису, который в числе первых проявил научный интерес к человеческой сексуальности. В его работе 1905 года «Половой отбор у человека: осязание, обоняние, слух и зрение» в сборнике «Исследования психологии пола» уже в названии пересматривалась традиционная иерархия чувств и их значимость[59]. Эллис посвятил описанию обоняния шесть глав. Конечно, тесная связь между сексуальными отношениями и обонянием всегда была поводом для насмешек. Вид носа, как не смог не прокомментировать Эллис, в ходе истории постоянно подстегивал воображение и распространение слухов: «Римляне верили в связь между крупным носом и крупным пенисом… на этом настаивали и физиономисты, а распутные женщины (такие как Иоанна Неаполитанская[60]), по-видимому, учитывали это, хотя их часто ждало разочарование». Кроме пересказа мифов Эллис писал, что человеческое обоняние, вопреки общепринятому мнению, «чрезвычайно тонкое, хотя часто недооцененное», но при этом указывал на снижение его чувствительности и значения по сравнению с обонянием животных.

Разнообразие обонятельных ассоциаций заставило Эллиса прийти к заключению, что обоняние является «чувством воображения». Эта связь с воображением основывалась на внушающей способности запаха, «силе вызывать старые воспоминания с широким и глубоким эмоциональным откликом»[61]. Эллис также подчеркивал важность запаха тела в качестве вторичного полового признака: «все мужчины и женщины имеют запах». Запах человека передает его идентичность и узнаваемость, поскольку «личный запах напоминает личное прикосновение». И все же Эллис, как и его предшественники, предполагал, что повышенная чувствительность к запахам часто связана с нервными аномалиями.

Лишь немногие ученые пытались создать теорию запаха. В 1894 году немецкий философ и психолог Макс Гисслер составил справочник по общей психологии запаха «Wegweiser zu einer Psychologie des Geruches»[62]. Гисслер разделил запахи на категории в соответствии с их когнитивным и физиологическим действием. Он считал, что разные запахи по-разному влияют на тело и разум. Некоторые вызывают сильные физиологические реакции (кашель, слезы, чихание, рвоту или даже мочеиспускание). Другие активируют специфические органы (нервы и мышцы) или вегетативные системы организма (дыхательные, пищеварительные или репродуктивные). Запахи, влияющие на нервы и мышцы, часто выполняют функцию идентификации или социализации. Например, «социализирующие запахи» облегчают распознавание между родственниками или знакомят людей с внешней средой и находящимися в ней предметами. Для сравнения, запах с «идентификационной» функцией вызывает направленный интерес к источниу, который часто связан с памятью. В то же время запахи, которые, по мнению Гисслера, влияют на вегетативные процессы, часто имеют пищевой или эротический аспект. Вклад Гисслера заключается именно во введении категории вегетативных запахов.

Гисслер называл «идеализирующими ароматами» запахи с когнитивным эффектом, определяя три формы когнитивного совершенствования. Во-первых, «обучающие запахи», такие как запах табачного дыма, действуют параллельно с усилением логического мышления. Во-вторых, некоторые запахи могут усиливать эстетическое чувство, поскольку создают и воспроизводят абстрактные ментальные образы. Наконец, запахи могут изменять этический аспект поведения за счет успокоительного или стимулирующего действия. И у каждого типа запаха существует антипод.

Гисслер абстрагировал запахи от производимого ими действия без учета их материальной основы (ботанической или химической). Однако его теория не была полноценной – умозаключения без экспериментального подтверждения. Такой подход не был редкостью в то время; экспериментальная психология возникла только в середине XIX века, начиная с работ Вильгельма Вундта и его ученика Эдварда Брэдфорда Титченера. Однако Вундт и Титченер сосредоточились на зрении. Обоняние почти не интересовало тех, кто изучал физику нервных процессов, опытным путем пытаясь определить связи между физическими стимулами и их восприятием[63]. Ситуацию изменила женщина.

Американка Элеанор Ачесон МакКаллок Гэмбл стала первым ученым, занявшимся изучением возможностей человеческого обоняния в полноценных экспериментальных условиях. Гэмбл была ученицей Титченера. В диссертации «Применимость закона Вебера к запаху», которую она защитила в 1898 году, она проверила реакцию нескольких человек на смеси запахов, учитывая такие важные факторы, как регулярность воздействия. Это было передовое исследование. В то время не было понятно, существует ли хоть какая-то психофизическая мера обоняния. Гэмбл признавала трудности в определении объективных различий в том, что казалось субъективно воспринимаемыми ощущениями, такими как сильный или слабый запах. Методологические трудности возникали из-за сложных взаимосвязей между физиологическими условиями в организме (усталость, суточные колебания чувствительности) и разными перцептивными эффектами (интенсивность запаха, гедонический аспект запаха и его качество). Она отмечала:

Гэмбл разработала систему мер для экспериментального сравнения запахов, заложив основу психофизики обоняния. Она предложила основную единицу измерения для задач на перцептивное различение в обонянии – «едва заметное различие», ЕЗР (just noticeable difference, JND). ЕЗР – это минимальное различие между стимулами, которое может обнаружить человек. Исследования Гэмбл были частью ее общего интереса к памяти и распознаванию. Ее основной задачей была выработка основанных на опыте стандартов в психологии. Она старалась воздержаться от преждевременных суждений в отношении психологических аспектов запахов.

Строгость психофизического эксперимента базируется на точном воздействии физического стимула и измерении его эффекта. Для такого подхода к изучению обоняния требовались новые инструменты. В отличие от зрительных и слуховых стимулов, обонятельные стимулы трудно применять дискретно. Запахи могут вести себя по-разному в разных условиях в зависимости от среды или взаимодействия с другими запахами, например, при смешивании с фоновыми запахами или остаточным запахом в помещении. Но Гэмбл повезло. За год до защиты ее диссертации Звардемакер ввел в употребление новый инструмент – ольфактометр (изобретен в 1888 году, публикация вышла в 1895 году).

Первый ольфактометр состоял из пористого фарфорового цилиндра в форме длинной округлой пробирки, помещенного внутрь стеклянной трубки (рис. 1.2, вверху). С помощью пипетки экспериментатор заполнял пространство между цилиндром и трубкой пахучей жидкостью, а затем закрывал цилиндр пробкой. Это позволяло избежать взаимодействия смеси с лабораторными запахами. Жидкость медленно проникала в цилиндр. Ольфактометр также позволял дозировать концентрацию пахучих смесей. Со временем инструмент Звардемакера претерпел несколько модификаций. Изначально он имел одну, а затем – две металлические носовые трубки. Позднее между цилиндром и носовой трубкой появилась металлическая пластинка, не позволявшая участнику эксперимента видеть происходящее в цилиндре.

Немецкий психолог Ганс Геннинг признавал, что в отсутствие теории обоняния обоснованная интерпретация поведенческих реакций на запах остается невозможной. В его докторской диссертации «Запах» («Der Geruch») в 1916 году впервые появилась обоснованная теория запахов, подкрепленная экспериментальными данными[65]. Он резко критиковал описательную терминологию своих коллег, особенно это касалось Гэмбл – его основной соперницы. Набор данных Геннинга был выдающимся. Он проверил 451 образец запахов и 51 смесь на 18 участниках, включая детей и взрослых обоих полов (это были его коллеги, их дети и его студенты). Участникам предлагали пройти тренировку обоняния с эталонными материалами для классов запахов: например, фиалка для цветов, лимон для фруктов, сероводород для гнили, мускатный орех для пряностей, ладан для смол и деготь для гари. При неоднозначных результатах опыты повторяли с 46 другими участниками (студентами).

РИС. 1.2. Ольфакторные измерения. Вверху: первый вариант ольфактометра Звардемакера, изобретенный в 1888 году и описанный в статье в 1895 году. Внизу: шкала единиц запахов в ольфактах (мера обонятельной стимуляции). Источник: вверху: H. Zwaardemaker, Die Physiologie des Geruchs (Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 1895), 85; внизу: H. Zwaardemaker, Die Physiologie des Geruchs (Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 1895), 136.

Ольфактометр

Геннинг выделил шесть первичных запахов в качестве основных категорий, для определения силы запаха сравнивая его с цветом, звуком и вкусом. Геннинга вдохновила система упорядочивания цветов, разработанная Альбертом Манселлом в первом десятилетии XX века. Она же послужила прототипом для моделирования трех аспектов запаха: общего типа, интенсивности и чистоты (простоты). Однако смешивание запахов не соответствовало правилам смешивания первичных цветов (как получение зеленого цвета из синего и желтого). Геннинг использовал аналогию со звуком, сравнивая сочетания запахов с «тональным слиянием» в аккордах. Для объединения этих аналогий Геннинг предположил, что обонятельное пространство напоминает вкусовое (Рис. 1.3, внизу). В частности, запахи могут иметь «переходный характер» (между соответствующими категориями), как и вкусы, такими как соленый и сладкий, соленый и острый, соленый и горький. На этой идее построена призма шести первичных запахов: цветочного, фруктового, гнилостного, пряного, горелого и смолянистого (Рис. 1.3, вверху).

Программа Геннинга отличалась тем, что отвергала традиционную линейную классификацию и вместо нее предлагала трехмерное представление свойств запаха. Но несмотря на популярность концепции призмы, ее излишняя замысловатость вызывала в основном критику. Гэмбл сухо отметила, что идея Геннинга страдает от одного неоспоримого дефекта: «Ее четкость играет против нее»[66]. Идея была слишком проста; призма не соответствовала сложности смесей.

Вероятно, именно благодаря своей простоте призма Геннинга взлетела, как ракета. Её переняли последующие исследования и классификации запахов, в частности, классификация Крокера и Гендерсона 1927 года, в которой шесть основных запахов были сведены к четырем: ароматный, кислый, горелый и каприловый (фруктовые кислоты)[67]. Затем Ральф Бьенфанг использовал аналогии между разными чувствами как методологический инструмент. Наиболее популярными были сравнения с системой цветов Манселла, и в труде Бьенфанга «Размерность характеристик запахов», опубликованном в 1941 году, обсуждались три размерности цвета и запаха с перечислением тона (оттенок/свойство), шкалы чистоты (показатель/яркость) и диапазона интенсивности (глубина/насыщенность)[68].

РИС. 1.3. Концепция перцептивного пространства в обонянии. Вверху: обонятельная призма на основе шести первичных запахов. Внизу: сфера перекрестной модальности, включающая запах, вкус и прикосновение. Источник: вверху: H. Henning, Der Geruch (Leipzig: Verlag von Johann Ambrosius Barth, 1916), 94; перевод автора; внизу: H. Henning, Der Geruch (Leipzig: Barth, 1916), 26; перевод автора.

Методологический вклад Геннинга, переживший идею призмы, заключается в проверке одновременно двух ноздрей. Его современники обычно проверяли обоняние либо с одной открытой ноздрей, либо сначала с одной открытой ноздрей, а потом – с другой. Геннинг критиковал такую практику как неестественную для человеческого поведения. Но его главная идея – система первичных запахов – не подавала признаков жизни до конца XX столетия.

Первая половина XX века

Несмотря на первые попытки исследований, обоняние в психологии и нейрофизиологии оставалось узкоспециализированной темой. Исключение составляла химия, которая сохраняла роль образца в изучении запахов на протяжении всего XX века. И неудивительно. Химические стимулы казались единственным объективным и контролируемым параметром в измерении, количественном определении и классификации запахов. Но без биологической модели химия не давала полноценной картины. Так или иначе, сенсорная система определяла связь раздражителя с исследуемым объектом: какие структурные особенности химических веществ отвечали за запахи?

В начале XX века по этому поводу было выдвинуто несколько гипотез[69]. Рассуждения относительно структурной основы запахов строились на известных физических явлениях. В XIX и начале XX века предпринимались попытки сформулировать колебательную (вибрационную) теорию запаха, исходя из сравнения со светом, звуком и теплом. Модели и доказательства были самыми разными. В колебательных теориях отражалось эстетическое сходство между цветом и запахом, предположение об эфирной среде и даже химические принципы, аналогичные периодическому закону Менделеева. Но как организм улавливает эти колебания запаха? Одна модель предполагала соответствие между колебаниями обонятельных клеток и молекул запаха. В другой модели указывалось, что обонятельные клетки колеблются в результате химической активности[70].

Появление колебательных теорий отражает доминирующую позицию физики в науке того времени. Существовало множество определений колебательного движения; предполагалось, что оно напоминает коротковолновые лучи, рентгеновские лучи или свет в виде электромагнитных волн[71]. Первые систематические исследования колебательной теории запаха появились в 1920-х и 1930-х годах. Идеи Дайсона возникли в результате открытия рамановского рассеяния света и испускания фотонов. Роберт Райт оживил эту идею в 1960-х годах[72]. Но биологический механизм, поддерживающий данную теорию, оставался неясным, хотя гипотез высказывалось немало. Одна идея заключалась в дистанционном влиянии на некую среду, резонирующую с обонятельными нервами[73]. Другая – в механической стимуляции обонятельных волосков для совершения колебаний разного типа под воздействием массы и импульса пахучих частиц[74]. В 1990-х годах эта идея вновь привлекла внимание в связи с модной квантово-физической моделью Луки Турина, основанной на неупругом туннелировании электронов, которая, впрочем, вскоре была опровергнута[75].

В других гипотезах физика сочеталась с химическими моделями. Одни утверждали, что некие гипотетические рецепторы могут терять энергию из-за характеристик поглощения инфракрасного излучения веществами[76]. Другие полагали, что дипольные молекулы нейтрализуются в результате контакта с мембраной[77]. Наконец, была модель, в которой утверждалось, что частота колебаний связана с диаметром пигментных зерен в обонятельной мембране[78].

Химические теории обоняния концентрировались вокруг взаимодействия молекул запаха с эпителием. Объяснения колебались от адсорбции (прикрепления молекул к поверхности мембраны) до абсорбции (прохождения молекул через поверхность мембраны или растворения в покрывающей ее жидкости)[79]. Менее популярная гипотеза основывалась на снижении поверхностного натяжения[80]. Другие идеи касались водной или липидной фазы внутри мембраны или самих клеток[81]. В рамках проверки иммунологической теории обоняния для подтверждения существования антител к запахам в ткани путем инъекций вводили инсулин[82]. Кто-то искал аналогии между обонятельными стимулами и наркотиками[83]. К 1950-м годам некоторые ученые предположили, что обонятельные реакции катализируются цепью ферментов[84].

В середине XX века количество теорий обоняния примерно соответствовало количеству ученых, занимавшихся его исследованием. Разрозненные идеи объединяла вера в существование некоего структурного принципа, объясняющего, почему каждая молекула имеет специфический запах. Но суть этого принципа оставалась тайной.

Середина XX века и далее

В середине XX века возник направленный интерес к изучению обоняния. Поначалу продвижение в этой области по-прежнему зависело от отдельных людей, занимавшихся тем или другим вопросом. В числе таких пионеров был химик и специалист по ароматам Джон Эймур, работавший в одной из четырех лабораторий Департамента сельского хозяйства в Беркли. Химик Терри Экри из Корнеллского университета вспоминал о том, как ему повезло встретиться с Эймуром в студенческие годы. «Эта лаборатория в основном занималась улучшением качества еды для гражданского населения и военных в различных экстремальных ситуациях, включая войны, наводнения и подобные события. Они много времени потратили на работу по консервированию продуктов. Джона Эймура интересовало, что происходит со вкусом продуктов, когда их замораживают, высушивают и хранят в различных условиях».

Но интересы Эймура выходили за пределы химии пищевых продуктов. Он хотел понять запахи. В 1960-х годах он вернулся к идее «первичных запахов» в свете новых открытий в структурной химии[85]. Биология системы по-прежнему оставалась черным ящиком. Эймур соединил два набора данных из химии и психофизики и предположил, что существует от пяти до восьми первичных запахов. Чтобы обойти нехватку биологических данных, он придумал интересную стратегию: изучать тех, кто потерял нюх. Он проверял людей со специфическими типами аносмии[86], которые сохранили нормальное обоняние за исключением способности воспринимать один или несколько конкретных запахов. Например, некоторые не чувствуют запах мускуса. В то время это было передовое исследование. Нейробиолог Лесли Воссхолл из Университета Рокфеллера рассказывала: «Эймур был гигантом в этой области, осмелившимся решить проблему перехода от молекулы к восприятию. Его идеи опередили время. Возможно, его размышления о специфических типах аносмии сообщили нам нечто о механизмах попадания молекул в мозг».

Через изучение аносмии Эймур надеялся найти соответствие между категориями запаха и структурными классами химических соединений методом «от противного». Далее он рассуждал о возможном существовании рецепторных участков, комплементарных первичным запахам – по аналогии с моделью «ключ – замок» для связывания лиганда, которая приобрела популярность у его современников. Модель предполагала, что лиганды[87] связываются с рецепторами, имеющими комплементарную форму. Механизм «ключ – замок» был впервые предложен Эмилем Фишером в 1894 году (Нобелевская премия 1902 года); Лайнус Полинг предположил, что это может также относиться к биохимическим взаимодействиям в обонятельных реакциях[88]. Вслед за Полингом в 1949 году шотландский химик Роберт Монкриф работал над похожей структурной гипотезой, оценивая пространственные (геометрические) свойства одорантов (пахучих молекул) и развивая идею о центральной роли молекулярной структуры в биохимических исследованиях[89].Так началось создание первой теории запаха.

Химики без устали работали над выявлением общих правил и деталей в связях между структурой молекул и запахом, одновременно открывая классы запахов, указывающих на потенциальные типы рецепторов. Еще одним пионером в моделировании связи между структурой молекул и их запахом стал немец Гюнтер Охлофф. Химик Кристиан Марго из компании Firmenich вспоминает о работе с Охлоффом: «Он строил теории[90]. Он был очень увлеченным, требовательным и всегда воодушевляющим. Он был приверженцем независимых и высококачественных исследований». Охлофф первым обнаружил нечто, напоминавшее ту самую связующую закономерность для структуры молекулы и ее запаха: так называемое трехосевое правило для амбры[91]. Это правило было сформулировано в статье, вышедшей в 1971 году; оно гласило, что запах амбры определяется присутствием двуядерного соединения декалина, причем специфические группы атомов в трех обозначенных позициях должны располагаться вдоль осей. После первого успеха правило претерпело несколько модификаций. Правилу Охлоффа противоречили некоторые очевидные исключения (например, караналь, молекула которого не подчинялась приведенному выше описанию химической топологии). Такая же судьба позднее постигла и другие правила, связывавшие запах со структурой молекул[92].

Вскоре химики признали удивительное структурное разнообразие молекул запаха. Понимание химического мира запахов необычайно расширилось во второй половине XX века, чему способствовал значительный технологический прогресс, включая развитие газовой хроматографии, а также работы многих известных химиков, таких как Чарльз Селл и Паоло Пелози[93]. Это разнообразие подрывало даже самые аккуратно сформулированные правила, связывавшие структуру молекул с их запахом (structure-odor rules, SORs)[94]. Правила SORs не могли овладеть шифром носа. Казалось, они достаточно точно отражали причинно-следственные связи, заставляющие молекулы пахнуть определенным образом. Но они не позволяли установить причину, почему молекулы пахнут так, а не иначе. Экри соглашался: «Выяснилось, что изучение молекулярной структуры лигандов не дало нам никакой информации об ответе на эти лиганды в растворах в реальных системах».

Как выяснилось, модель «ключ – замок» не только не могла решить проблему SORs, но еще и оказалась неточной. Положительный результат применения этой модели в том, что изучение обоняния было включено в более широкий круг биохимических исследований[95]. Вскоре к этой работе присоединились биологи, и среди них был Максвелл Мозель из Университета Сиракуз. Ранняя теория обоняния Мозеля 1950–1970-х годов и его же более поздние работы воплощали основную исследовательскую стратегию времени: поиск выборочной активации через формирование пространственных распределений. Теория Мозеля возникла под влиянием ранних физиологических исследований Эдгара Адриана о пространственных взаимодействиях в обонятельной луковице; он сравнивал процессы в обонятельном эпителии с функцией хроматографа («хроматографическая гипотеза»)[96]. «Вот откуда у меня возникла идея, что у обоняния, запаха и способа его восприятия и распространения могут существовать пространственные отношения – как в других сенсорных системах: слухе, осязании и отчасти даже вкусе». Он предположил, что молекулы запаха не распределяются по всему эпителию, и что в эпителии есть разные зоны, где происходит взаимодействие с одорантами. Различия в скорости связывания в рамках этой теории указывали на вариации чувствительности рецепторов.

Изучая носы лягушек, Мозель отслеживал пути прохождения воздуха и обнаружил градации «сорбции»[97], связанные с составом химических стимулов: «Предположим, что хроматографический эффект оказывает важнейшее влияние на то, что вы воспринимаете. Не знаю, читали ли вы мою статью, но я заменил колонку газового хроматографа лягушачьим носом. Я следил за удерживанием различных одорантов, как на обычной колонке для газовой хроматографии. Я заменил колонку лягушачьим носом, и мы обнаружили, что они почти идентичны». Мозель анализировал различия сорбции веществ, связанные с такими особенностями молекул, как растворимость в жирах и в воде. Он так и не закончил формулировать свою теорию, однако она сильно повлияла на изучение динамики воздушных путей и потоков в носовых ходах.

В 1970-е годы к исследованиям обоняния подключились несколько физиологов. Это была неизведанная территория, хотя и не обещавшая быстрого прогресса. Активизация биологических исследований привела к изменениям в их научном сообществе. И это изменение было не только экспериментальным, но и социальным.

Современная наука о запахах возникла в сравнительно небольшой группе чрезвычайно заинтересованных людей, часто находивших друг друга вне основного собрания ученых на больших научных конференциях, таких как исследовательская группа по химическим чувствам при Американском обществе нейробиологов, или на более специализированных встречах наподобие Гордоновских конференций (они проходят раз в три года и посвящены обонятельному и вкусовому распознаванию химических стимулов). В конце 1970-х годов прошли первые специализированные мероприятия по химическому распознаванию: ежегодная конференция Европейской организации хеморецепторных исследований (ECRO) и проходящий раз в три года Международный симпозиум по обонянию и вкусу (ISOT). «Однако ни одно из них на самом деле не собирало всех, – вспоминает Мозель. – Поскольку психологи посещали конференции по психологии, физиологи посещали конференции по физиологии… и были Гордоновские конференции раз в три года. Но этих людей можно было увидеть нечасто. И поэтому постоянно говорилось, что нам нужна какая-то ежегодная встреча по обонянию, но никто и никогда почти ничего для этого не делал».

К реальным изменениям привела необходимость. В конце 1970-х Национальный научный фонд (NSF) США сократил финансирование, причем значительно. Тем, кто занимался зрением, не стоило беспокоиться по этому поводу, так как их тематика была актуальна в быстро развивающейся сфере нейробиологии. Но финансирование исследований обоняния никогда не было ни стабильным, ни гарантированным. Они едва-едва поддерживались. Североамериканским ученым была нужна организация, которая могла бы найти средства.

«Я работал в Национальном научном фонде, и один парень все время говорил мне: “вы в области обоняния не так уж много выяснили по сравнению с теми, кто исследует зрение и слух”. Он очень меня этим раздражал. Но он был прав, поскольку в то время мы знали очень мало. Мы знали, что молекулы несут запах, но больше почти ничего. Итак, мы [в этой области] продолжали разговаривать, когда встречались на конференциях по физиологии. Мы должны были что-то сделать. Мы были обязаны что-то сделать. Но потом NIH (Национальный институт здравоохранения) и NSF кое-что предприняли». Изменилась политика финансирования. Для изучения обоняния требовалась материальная поддержка. «Возникла идея, что нам тоже следует организовать общество, которое могло бы вести переговоры с NIH и NSF и представлять ведущиеся в США исследования».

Так родилась Ассоциация хеморецептивных наук (AChemS). «До AChemS не было общества, которое сводило бы их вместе, – вспоминает Экри. – Замечательное событие, случившееся при моей жизни: оно позволило этим областям развиваться параллельно внутри структуры сообщества». Это была обычная платформа для сравнения экспериментальных данных и обмена идеями. Короче говоря, AChemS, наряду с ECRO, обеспечила определенную связь и преемственность в сообществе ученых, что способствовало ускорению исследований. Мозель отмечал, что это сообщество было сравнительно небольшим: «AChemS объединяла около пятисот членов. Исследование зрения объединяло миллионы». Сегодня AChemS – официальная организация, в 2018 году ее конференция проводилась в сороковой раз. «Если бы NIH и NSF не решили, что больше денег должно доставаться зрению и слуху, а не химическим чувствам, возможно, мы никогда бы не стали организацией!» – смеется Мозель.

В конце 1970-х и в начале 1980-х годов данная область исследований наконец сформировалась. Обоняние уже не было исключительно полем деятельности химиков, открыв двери и для биологов. В 1980-х годах началось систематическое изучение молекулярных основ обоняния. Результаты показывали, что определение запаха происходит по тому же молекулярному пути, что и определение стимулов в других сенсорных системах. Внешняя информация от стимулов (фотонов, звуковых волн или молекул воздуха) в чувствительных нервах превращается в электрические сигналы. Отвечает за эти превращения путь с участием вторичных мессенджеров – каскад биохимических реакций, который в разных молекулярных формах постепенно вырисовывался благодаря работам нескольких биохимиков, генетиков и нейробиологов. Нейробиолог из Колумбийского университета Стюарт Фаерштейн вспоминает: «В исследованиях обоняния имело место невероятное тяготение к молекулярной биологии… В частности, я имею в виду Рэнди Рида из Университета Хопкинса, Хана Брира из Германии, Дорона Лэнсета из Израиля, Габриэля Роннетта и некоторых других людей, которые выполнили большую часть клеточной и молекулярно-биологической работы по обонянию и которые действительно открыли всю систему передачи сигнала. Это было до того, как дошли до рецепторов; в то время вопрос был чуть легче разрешимым».

Эти открытия развенчали идею о том, что чувство обоняния является чем-то принципиально иным. «Вначале, когда я только вошел в эту сферу исследований, – вспоминает нейробиолог из Йельского университета и бывший наставник Фаерштейна Гордон Шеферд, – обоняние оставалось в стороне ото всего. Никто ничего не знал. Когда они начали работать, все казалось другим. Поскольку вы не можете себе представить, что такое обонятельный стимул, вам трудно его контролировать… Вы не знаете, что происходит в мозге. Люди считали, что обоняние является чем-то особенным, что оно другое. В области зрения были выполнены революционные работы, и было принято считать, что зрение – главное чувство, а обоняние – второстепенное». С ростом понимания общих механизмов молекулярных коммуникаций резонно было предположить, что запахи следует рассматривать в свете тех же основных принципов, которые управляют другими сенсорными процессами. Это понимание способствовало перемещению исследований обоняния из почти маргинальной ниши ближе к основным научным направлениям. И их дополнительному ускорению. Ключевым, но пока отсутствовавшим элементом паззла были мембранные рецепторы, открывавшие двери в мир молекулярных превращений.

Прошло еще десятилетие, прежде чем усилия ученых по-настоящему оправдались. В 1991 году после долгожданного открытия Линдой Бак и Ричардом Акселем обонятельных рецепторов исследования обоняния наконец сорвали джекпот. Невероятный джекпот. Фактически мгновенно это открытие вывело обоняние из тени на солнечный свет.

Какие бы другие истории мы не рассказывали, современная наука о запахах очевидным образом распадается на два периода: до и после открытия рецепторов. Можно задуматься, вовремя ли произошло это открытие. Нейробиолог из университета Джонса Хопкинса Рэндалл Рид рассуждает так: «Я думаю, самая большая опасность для этой области была бы в том, что оставайся мы еще одно десятилетие без рецепторов, и люди стали бы уходить. Представьте себе, что было бы, скажи Линда: Я ухожу». Но она так не сделала.

И с этого начинается сегодняшняя история обоняния.