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».
85
John E. Amoore, Current Status of the Steric Theory of Odor, Annals of the New York Academy of Sciences 116, no. 2 (1964): 457–476; John E. Amoore, Recent Advances in Odor: Theory, Measurement, and Control (New York: New York Academy of Sciences, 1964), 457–476; John E. Amoore, The Molecular Basis of Odor (Springfield, IL: Thomas, 1970).
87
Небольшая молекула, связывающаяся с молекулой белка, чаще всего рецептором (в этом случае лиганд является сигнальной молекулой). –
88
Linus Pauling, Molecular Architecture and Biological Reactions, Chemical and Engineering News 24, no. 10 (1946): 1375–1377.
90
Günther Ohloff, Scent and Fragrances: The Fascination of Odors and Their Chemical Perspectives, (New York: Springer, 1994).
91
Günther Ohloff, Relationship between Odor Sensation and Stereochemistry of Decalin Ring Compounds, in Gustation and Olfaction, ed. G. Ohloff and A. F. Thomas (Cambridge, MA: Academic Press, 1971), 178–183.
93
Charles S. Sell, Fundamentals of Fragrance Chemistry (Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2019); Paolo Pelosi, On the Scent: A Journey Through the Science of Smell (Oxford: Oxford University Press, 2016).
94
Karen J. Rossiter, Structure-Odor Relationships, Chemical Reviews 96, no. 8 (1996): 3201–3240; M. Chastrette, Trends in Structure-Odor Relationship, SAR and QSAR in Environmental Research 6, no. 3–4 (1997): 215–254; Charles S. Sell, On the Unpredictability of Odor, Angewandte Chemie International Edition 45, no. 38 (2006): 6254–6261.