"Если бы мы пренебрегли хотя бы одним из этих условий, нам пришлось бы изучать еще тысячи лишних генов. А это несколько лет нудной работы", - замечает Эксел. "Я пробовала разные подходы, работала много лет без какого-то результата. И, когда в 1991 году нам наконец удалось найти нужные гены, верилось в это с трудом! Ни один из них раньше не был известен, все они были разными, но в то же время похожими", - говорит Линда Бак.

Больше всего исследователей удивило, что рецепторов так много - сначала было выявлено около 100 из них, а сейчас известно более 500 таких белков. "Это действительно огромное число. Если, по крайней мере, у крысы, один из ста генов вовлечен в процесс распознавания запахов, это говорит о чрезвычайно важной роли обоняния для животных", - поясняет Эксел.

Ученых поразило то, что в распознавании запахов задействовано более трех процентов общего количества генов организма. Каждый ген содержит информацию об одном-единственном обонятельном рецепторе - белковой молекуле, которая реагирует с пахучими веществами.

Обонятельные рецепторы прикреплены к мембране рецепторных клеток, которые выстилают поверхность небольшой области в верхней части носовой полости, образуя обонятельный эпителий. Каждая клетка содержит рецепторы только одного определенного вида. Белок-рецептор образует "карман" для связывания молекулы одоранта (химического вещества, обладающего запахом). Рецепторы разных видов отличаются деталями своей структуры, поэтому "карманы"-ловушки имеют разную форму. Когда молекула попадает в "карман", форма белка-рецептора изменяется, и запускается процесс передачи нервного сигнала. Каждый рецептор может регистрировать молекулы нескольких различных одорантов, трехмерная структура которых в той или иной степени соответствует форме "кармана", но сигналы от разных веществ отличаются по интенсивности. При этом молекулы одного и того же одоранта могут активировать несколько разных рецепторов одновременно.

Такое сочетание разнообразия рецепторов и химических свойств молекул, с которыми они взаимодействуют, генерирует широкую полосу сигналов, создающих уникальный "отпечаток" запаха. Каждый запах как бы получает код (подобно штрих-коду на товарах), по которому его можно безошибочно узнать в следующий раз. Именно благодаря этому коду мы способны распознавать и запоминать около 10 тысяч запахов.

Обонятельные сигналы, оказывают определенное влияние на физиологическое состояние и поведение людей, являясь компонентами системы невербальной коммуникации. Биологическая значимость этого влияния и его роль в поддержании генетического разнообразия могут оказаться значительнее, чем представлялось в недалеком прошлом. Индивидуальное узнавание у животных является основой социальных отношений и осуществляется, главным образом, с помощью химических сигналов. Хорошо известно также, что существует межвидовое индивидуальное узнавание, в частности, индивидуальный запах человека безошибочно узнается тренированными собаками. Обоняние человека также способно, хотя и в более ограниченной степени, решать задачу различения и узнавания людей по индивидуальному запаху и, в частности, позволяет узнавать генетически близких родственников.

Коды индивидуальных запахов животных пока не расшифрованы. Установлено, что индивидуальный "обонятельный портрет" человека, узнаваемый собакой, включает липиды с относительно большой молекулярной массой и низкой летучестью, в частности, свободные высшие жирные кислоты.

На примере домовой мыши было установлено, что индивидуальный запах кодируется набором генов, входящим в главный комплекс гистосовместимости (МНС) (от «major histocompatibility complex» - ряд генов, расположенных на хромосоме № 6, которые кодируют некоторые антигены, в том числе HLA-антигены; эти гены играют важную роль в процессе определения гистосовместимости у человека) Получены свидетельства того, что индивидуальный запах человека связан с аналогичными генами МНС, ответственными за иммунный ответ. Избегание близости МНС при выборе партнера может привести к сокращению вероятности инбриндинга и негативных последствий, связанных с этим. Пока еще немногочисленные исследования механизмов сексуального предпочтения у человека указывают на возможную роль индивидуального запаха мужчины в выборе женщиной супруга или полового партнера. Опросы показывают, что при выборе полового партнера запах имеет для женщины большее значение, чем для мужчины. Оказалось, что женщины предпочитают запахи мужчин, которые не похожи на них по своим генам гистосовместимости. У людей в репродуктивно изолированной группе обнаружено пониженное число супружеских пар со сходными типами гистосовместимости, т.е. эффект избегания генетически похожего партнера.

Домыслы интернета

Чем пахнет мужчина?

http: // www. passion. ru/s. php/6593. htm

Американские ученые выяснили, от чего зависит запах мужчины. Оказывается, все дело в женском обонянии – один и тот же запах может восприниматься по-разному.

Так, было изучено воздействие андростенона, феромона, выделяемого мужскими потовыми железами, на женщин. Андростенон для всех женщин «пах» по-разному: кому-то казалось, что его запах напоминает мочу, а кому-то – ваниль. Руководитель исследования пояснил, что все дело в гене запаха (OR7D4). Именно от этого гена зависит восприятие андростенона. После небольшого эксперимента - почти 400 женщинам ученые дали понюхать и оценить по запаху 66 различных химических соединений, среди которых был и андростенон - у добровольцев взяли анализы крови.

Представительницам прекрасного пола с наиболее простой формой OR7D4 запах феромона не понравился – они назвали его отвратительным. А люди с более сложной формулой гена запаха дали андростенону более замысловатые определения, сообщает Live Science

Эволюционная Генетика: Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе.

http: // oagb. ru/info. php? txt_id=17&nid=7677&page=39

Источник: Takushi Kishida. Pattern of the Divergence of Olfactory Receptor Genes during Tetrapod Evolution // PLoS ONE. 2008. V.3. P. e2385.

Такуси Кисида (Takushi Kishida) из Киотского университета в своей статье, опубликованной в журнале PLoS ONE, показал, что гены обонятельных рецепторов наземных позвоночных имеют не менее увлекательную эволюционную историю, чем гены зрительных белков. Как выяснилось, уменьшение числа опсинов сопровождалось увеличением числа обонятельных рецепторов, и наоборот.

Млекопитающие отличаются от других наземных позвоночных не только проблемами с цветным зрением, но и гораздо более развитым обонянием. Например, у крысы насчитывается до 1600 функционирующих генов обонятельных рецепторов, тогда как у курицы их всего около 80. В отличие от цветов спектра, для различения многочисленных запахов тремя-четырьмя генами не обойтись: на каждую летучую молекулу нужен свой рецептор. Исследователи давно установили, что многочисленные гены обонятельных рецепторов млекопитающих возникли в результате множественных дупликаций из исходного небольшого набора. Естественно было предположить, что развитие обоняния у млекопитающих, как и утрата цветного зрения, было связано с переходом к ночному образу жизни. В этом случае большинство дупликаций обонятельных генов должно было произойти примерно в то же время, что и утрата двух опсиновых генов.

Чтобы проверить эту гипотезу, Кисида провел тщательный сравнительный анализ генов обонятельных рецепторов в геномах шести наземных позвоночных: лягушки, курицы, утконоса, опоссума, собаки и мыши. Анализ этих шести видов позволяет реконструировать ситуацию в важнейших точках ветвления эволюционного древа наземных позвоночных. Сравнение лягушки с другими видами проливает свет на общего предка современных амфибий и амниот (= рептилии + птицы + млекопитающие), жившего около 340 млн. лет назад (начало каменноугольного периода). Курица, как прямой потомок архозавров, помогает составить представление об общем предке синапсидных и диапсидных тетрапод, жившем около 310 млн. лет назад (вторая половина каменноугольного периода). Утконос расскажет об общем предке однопроходных и териевых (180 млн. лет назад, ранняя юра), опоссум - об общем предке сумчатых и плацентарных (140 млн. лет назад, ранний мел). Эволюционные пути предков собаки и мыши разошлись около 85 млн. лет назад (поздний мел). Что касается нас с вами, то мы на этом упрощенном эволюционном древе ближе всего к мыши.

Результаты, полученные Кисидой, говорят о том, что у общего предка амфибий и амниот было примерно 100–110 генов обонятельных рецепторов. Изначально большинство этих генов находилось на одной хромосоме, но время от времени они перепрыгивали на другие хромосомы. Этот процесс «рассеивания» обонятельных генов по хромосомам, по-видимому, шел уже у первых наземных позвоночных и практически прекратился к моменту расхождения линий однопроходных и териевых (180 млн. лет назад). В результате у всех млекопитающих обонятельные гены присутствуют почти на всех хромосомах. У человека, например, их нет только на двух хромосомах: 20-й и Y-хромосоме. Кисида предполагает, что рассеивание обонятельных генов по хромосомам облегчило их последующую множественную дупликацию.

У общего предка синапсидных и диапсидных число обонятельных генов осталось прежним (около сотни). У общего предка однопроходных и териевых их было уже около 330, у общего предка плацентарных и сумчатых их число возросло примерно до 670. Общий предок мышей и собак имел около 740 генов обонятельных рецепторов.

Самый главный результат, полученный Кисидой, состоит в том, что практически все дупликации обонятельных генов в эволюции тетрапод были приурочены к отрезку эволюционного древа, заключенному между общими предками диапсидных и синапсидных (310 млн. лет назад) и плацентарных и сумчатых (140 млн. лет назад). В целом дупликации, по сравнению с «рассеиванием», позже начались и позже закончились.

Учитывая разрешающую способность примененных методик, можно заключить, что в пределах этой разрешающей способности период массовых дупликаций обонятельных генов в точности совпадает с периодом утраты опсиновых генов. Первый опсиновый ген был потерян на отрезке между общим предком диапсидных и синапсидных и общим предком однопроходных и териевых, то есть на ранних этапах становления млекопитающих. Второй опсиновый ген был потерян на отрезке между общим предком однопроходных и териевых и общим предком сумчатых и плацентарных, то есть на ранних этапах эволюции териевых. Именно к этим двум отрезкам приурочены и дупликации обонятельных генов. Если бы существовало какое-нибудь современное животное, предки которого отделились бы от «нашего» эволюционного ствола позже курицы, но раньше утконоса, датировки можно было бы существенно уточнить. Но такого животного, к сожалению, нет.

Кисида также отмечает, что восстановление цветного зрения у обезьян Старого Света сопровождалось утратой значительной части обонятельных генов (или превращением их в неработающие псевдогены). Очевидно, развитие зрения и обоняния происходило в противофазе. Когда древние млекопитающие перешли к ночному образу жизни, роль зрения уменьшилась, а роль обоняния возросла. Когда обезьяны вернулись к дневной жизни и стали снова полагаться в основном на зрение, их обоняние ослабло.

Еще одна любопытная деталь состоит в том, что одно из семейств обонятельных генов (известное как семейство №7; у приматов это самое многочисленное семейство обонятельных генов) подвергалось усиленной дупликации уже после разделения плацентарных и сумчатых. О некоторых рецепторах этого семейства известно, что они реагируют на половые феромоны.

P. S. У читателей может возникнуть резонный вопрос: неужели для улучшения зрения или обоняния достаточно добавить новый рецептор? А откуда возьмутся новые мозговые структуры, которые должны обрабатывать сигналы от этого нового рецептора? Похоже на то, что новых мозговых структур для этого не требуется - имеющиеся структуры используют какие-то обобщенные, универсальные алгоритмы интерпретации поступающих сигналов. По-видимому, мозг в процессе индивидуального развития автоматически обучается различать сигналы, приходящие от разных рецепторов, и интерпретировать их именно как разные сигналы. Ничего не меняя в структуре мозга, можно добавить в сетчатку новый опсин, и мозг сам разберется, что делать с новым типом сигналов.

Александр Марков 24.06. 2008

Заключение

То, о чем говорилось в предыдущих разделах, относится пусть к самому сложному, основополагающему, но начальному разделу науки о запахах - к их восприятию. Не раскрыт механизм взаимодействия обоняния с другими системами восприятия, например со вкусом. Ведь известно, что если человеку зажать ноздри, то при дегустации даже хорошо известных вкусовых пищевых продуктов (например - кофе) он не в состоянии точно определить, что он пробовал. Достаточно разжать ноздри - и вкусовые ощущения восстанавливаются.

С молекулярной точки зрения пока непонятно, в каких единицах измерять интенсивность запаха и от чего она зависит, что такое качество запаха, его "букет", чем отличается один запах от другого и как охарактеризовать это отличие, что происходит с запахом при смешивании различных одорантов. Оказывается, что независимо от вида одорантов и уровня подготовленности даже опытный эксперт не может определить все составляющие смесь компоненты, если их больше трех. Если же смесь содержит более десяти одорантов, то человек не в состоянии идентифицировать ни одного из них.

Остается еще множество вопросов, касающихся механизмов и видов воздействия запахов на эмоциональное, психическое и физическое состояния человека.

Общественные аллюзии на парфюмерные темы подстегнули всеобщий интерес к искусству ароматерапии. Расширилось использование ароматов в общественных местах, таких, как офисы, торговые залы, холлы гостиниц. Появились даже специальным образом ароматизированные товары, улучшающие настроение. Возникла такая отрасль рыночной экономики, как аромамаркетинг - "наука" о привлечении клиентов с помощью приятных запахов. Так, запах кожи навевает покупателю мысли о дорогом качественном товаре, аромат кофе побуждает к покупкам для домашнего ужина и т.д. Каким образом запахи формируют в головном мозге сигналы, побуждающие человека совершать покупки? Ученым предстоит совершить еще немало открытий, прежде чем ответить на этот и многие другие вопросы и отделить мифы о запахах от реальности.

Литература

1. Брюс Липтон, Биология веры. Недостающее звено между Жизнью и Сознанием., София, 2008.

2. Жимулев И.Ф., Генетическая детерминированность поведения дрозофилы и человека., 1997, БИОЛОГИЯ.

3. Крушинский Л.В., Зорина З.А., Полетаева И.И., Романова Л.Г., Введение в этологию и генетику поведения. М.: Изд-во МГУ, 1983.

4. Макарчук Н.Е., Калуев А.В., Обоняние и поведение. - К.: КСФ, 2000. - 134 с.

5. Марков А. В.,. Куликов А.М., Гипотеза иммунологического тестирования партнеров - Согласованность развития адаптаций и смены половых предпочтений, 2006, Палеонтологический институт РАН.

6. Марков А.В., Гены управляют поведением, а поведение - генами.

7. Новиков С.Н., Феромоны и размножение млекопитающих.Л., 1988.

8. Фогель Ф., Мотульский А., Генетика человека. Т.3. С.85.

9. Синельников Р.Д., Синельников Я.Р., Атлас анатомии человека, 1996, М., Медицина, Т.4.

Сайты интернета.

1. А.В. Калуев Вомероназальный орган и его роль в формировании поведения человека. http: // www. ethology. ru/library/? id=238

2. База знаний по биологии человека.

http: // humbio. ru/

3. Биологическая и социальная роль обонятельных сигналов человека

Т.М. Дмитриева, Э.П. Зинкевич., Экологический факультет, Российский университет дружбы народов, Институт проблем экологии и эволюции им.А.Н. Северцова РАН, Москва, Россия.

http: // www. mosmedclinic. ru/conf_library/2003/4/382

4. Как пахнет нобелевка.

http: // www. inauka. ru/news/article50203

5. Обоняние у насекомых и млекопитающих основано на разных молекулярных механизмах.

http: // elementy. ru/news/430076

6. Обоняние в изучении «объекта» имеет важное значение. http: // www. polezen. ru/mandf/feromon. php

7. Славин С.Н. . О чем говорят запахи?

http: // zoohall. com. ua/leftframes/knigy/ocherk/3_5. htm

8. Тайна Запаха.

http: // www. aromareklama. ru/st79. htm