Как работает обоняние и почему возникает потеря запахов
Учёные из Гарвардской медицинской школы впервые подробно показали, как в носу млекопитающих организованы рецепторы, отвечающие за распознавание запахов. Исследование провели на мышах, и его результаты опубликованы в журнале Cell. Работа важна не только для фундаментальной науки: она может приблизить медицину к лечению потери обоняния, с которой врачи пока справляются плохо. Обоняние кажется нам чем-то простым: мы чувствуем запах кофе, дыма, свежего хлеба, лекарства, сырости в комнате или испорченной еды и редко задумываемся, какая сложная система стоит за этим ощущением. Но для организма запах — это не просто приятная или неприятная деталь, а способ быстро понять, что происходит вокруг. Запах предупреждает об опасности, усиливает вкус пищи, помогает вспоминать события и даже влияет на настроение. Иногда один знакомый аромат способен вернуть человека в детство быстрее, чем фотография.
При этом именно обоняние долго оставалось одним из самых загадочных чувств. Для зрения, слуха и осязания учёные уже давно описали своеобразные карты. Известно, как рецепторы расположены в глазу, ухе и коже, а также как эта информация передаётся в мозг. С запахами всё было сложнее: базовое понимание обоняния сильно отставало от знаний о других чувствах. Главная трудность в том, что система запахов устроена невероятно богато. У мышей есть около двадцати миллионов обонятельных нейронов, и они используют более тысячи типов рецепторов. Для сравнения, цветовое зрение опирается всего на три основных типа зрительных рецепторов. Каждый обонятельный рецептор реагирует не на один конкретный запах, а на свой набор молекул. Поэтому мозг собирает запах как сложный узор, где важны не отдельные ноты, а их сочетание.
Долгое время считалось, что строгого порядка в носу почти нет. Учёные знали, что рецепторы могут чаще встречаться в отдельных зонах обонятельной ткани, но полной карты не видели. Из-за этого сложилось мнение, будто обонятельные нейроны распределены в значительной степени случайно. Иными словами, запах выглядел исключением среди других чувств. Глаз, ухо и кожа имели понятную организацию, а нос будто работал по менее очевидным правилам.
Новая работа меняет этот взгляд. Команда исследователей изучила около пяти с половиной миллионов нейронов более чем у трёхсот мышей. Учёные совместили методы, которые позволяют понять, какой рецептор использует конкретная клетка, и где именно эта клетка находится в ткани носа. Масштаб был огромным. Такую детализацию пришлось получить именно потому, что система слишком сложная и без большого массива данных её порядок просто не был бы виден. Результат оказался неожиданным. Нейроны с разными типами рецепторов не разбросаны хаотично. Они образуют плотные, частично перекрывающиеся горизонтальные полосы, которые идут от верхней части носа к нижней. То есть в носу существует настоящая карта запахов: она не грубая и не случайная, а довольно точная. Более того, эта карта повторялась у разных животных, что говорит о её устойчивости.
Познание начинается с удивления.
Аристотель
Особенно интересно, что карта в носу совпала с картами запахов в обонятельной луковице мозга. Это часть мозга, куда поступают сигналы от обонятельных нейронов. Такое соответствие важно. Информация о запахе не просто отправляется в мозг хаотичным потоком, а передаётся по организованному маршруту. Учёные также попытались понять, как такая карта формируется во время развития организма. Они выделили ретиноевую кислоту как один из ключевых факторов. Это молекула, которая помогает управлять активностью генов. В носу она образует градиент, то есть её концентрация меняется в зависимости от участка ткани. По этому химическому ориентиру нейроны как будто получают подсказку, какой рецептор им нужно включить. Когда исследователи добавляли или убирали ретиноевую кислоту, карта смещалась вверх или вниз.
Это открытие важно ещё и потому, что оно показывает: организм способен очень точно распределить более тысячи типов рецепторов. Для биологии это непростая задача. Если представить, что нужно рассадить тысячу разных специалистов в большом здании так, чтобы каждый оказался на своём месте и потом правильно связался с нужным отделом мозга, станет понятнее, почему учёные так заинтересовались этим механизмом.
Теперь исследователи хотят понять, почему полосы рецепторов расположены именно в таком порядке. Возможно, сама последовательность рецепторов помогает мозгу быстрее и точнее обрабатывать запахи. А может быть, она отражает особенности химического мира, с которым сталкивается животное. Условно говоря, природа могла расположить рецепторы не красиво, а удобно для выживания. Следующий важный шаг — изучение человеческой ткани. Мыши удобны для экспериментов, но человек живёт в другом мире запахов и имеет свои особенности. Если похожая карта найдётся у людей, это сильно изменит подход к лечению нарушений обоняния. Потеря запахов после вирусных инфекций, травм, воспалений или возрастных изменений часто воспринимается как неприятность, но не как серьёзная медицинская проблема. На деле всё глубже: человек хуже чувствует вкус еды, может не заметить дым или газ, теряет часть эмоциональной связи с привычной жизнью.
Восстановить обоняние невозможно без понимания его базового устройства. Новая карта может стать основой для будущих методов лечения. Среди возможных направлений называют клеточные технологии и интерфейсы, которые помогут связывать нервную систему с внешними устройствами. Пока это звучит как далёкая перспектива, но любая такая терапия начинается именно с карты.
