Обонятельные рецепторные клетки
Обонятельные рецепторные клетки, как и все рецепторные клетки, являются нервными клетками, а значит, являются частью нервной системы. В случае физических чувств рецепторные клетки находятся в глубине тканей организма. Они могут повреждаться, если сила раздражения превосходит пороговый уровень – например, если мы смотрим на солнце или слышим невыносимый грохот. Но в принципе зрительные и слуховые рецепторные клетки хорошо защищены от воздействий окружающей среды. С обонянием как химическим чувством дело обстоит по-другому: рецепторные клетки должны находиться в непосредственном контакте с окружающим миром, так как иначе они не смогут нормально функционировать. Таким образом, помимо пахучих веществ на них действуют всевозможные токсические раздражители, которые потенциально могут их повредить и даже убить. По этой причине эволюция снабдила наши обонятельные рецепторные клетки особым свойством – способностью к регенерации. В обонятельном эпителии располагаются не только обонятельные рецепторные клетки, но и стволовые клетки, которые могут созревать и становиться рецепторными. Эта особенность присуща нервной системе взрослого человека, хотя в норме отмирающие нервные клетки не восстанавливаются, что, например, мы наблюдаем при поперечном миелите. Напротив, обонятельные рецепторные клетки образуются постоянно. По существующим оценкам, обонятельные клетки обновляются за период от шести недель до шести месяцев.
Исследование стволовых клеток является пока оживленно обсуждаемой темой, потому что получать их можно только из эмбрионов. Но стволовых клеток обонятельной слизистой оболочки эти этические дискуссии не касаются. Поэтому существует множество исследовательских групп, которые пытаются выделять стволовые клетки из обонятельной слизистой оболочки и пересаживать их в другие ткани, например в спинной мозг, в надежде, что там они будут дифференцироваться в нервные клетки спинного мозга. Этот подход пока только зарождается, но подает надежду, что когда-нибудь нам удастся излечить поперечный миелит.
Обонятельные рецепторы
Пахучие вещества, которые мы можем воспринимать обонянием, исчисляются сотнями тысяч. Но каким образом могут обонятельные рецепторные клетки регистрировать такое множество химических соединений? Чтобы попытаться дать ответ на этот вопрос, нам стоит присмотреться к органам чувств, принципы работы которых нам известны лучше и точнее: глубже всего исследовано в этом отношении зрение. Мы знаем, что палочки отвечают за черно-белое зрение, а колбочки – за цветовое. На самом деле в нашей сетчатке присутствуют колбочки трех различных типов, которые реагируют на световые волны различной длины. Клетки одного типа реагируют на длинноволновое излучение в красном спектре, клетки другого типа – на более короткие волны зеленого цвета, а клетки третьего типа – на еще более короткие волны синего цвета. Когда мы наблюдаем цветную поверхность, происходит стимуляция колбочек соответствующего типа. Если поверхность окрашена в зеленый цвет, то происходит стимуляция преимущественно колбочек, воспринимающих световые волны в зеленом спектре, а клетки двух других типов реагируют в меньшей степени; если поверхность окрашена в синий цвет, то прежде всего возбуждаются колбочки, реагирующие на синие световые волны. Если мы видим предмет бирюзового цвета, то возбуждаются колбочки синего и зеленого типов в равной степени. Когда же мы наблюдаем радугу, то происходит стимуляция колбочек всех трех типов. Специалисты подсчитали, что мы, люди, способны различать до десяти миллионов цветовых оттенков. Некоторые из нас страдают цветовой слепотой; в этом случае отсутствуют колбочки для зеленого цвета, а колбочки двух других типов сохранены. Дальтоники могут различать «всего» 40 000 цветовых оттенков. Таким образом, мы видим, что рецепторы одного дополнительного типа обеспечивают отчетливое увеличение числа различаемых стимулов.
Только недавно мы узнали, как функционируют обонятельные рецепторные клетки. Подобно рецепторным клеткам сетчатки, среди обонятельных рецепторных клеток существуют клетки, реагирующие на различные раздражители. В случае зрения известно свойство, по которому различают разные раздражители: колбочки трех типов соответствуют световым волнам разной длины. Этого оказывается вполне достаточно, ибо цвет определяется именно длиной световой волны. В случае химических соединений такой принцип не работает, так как отличия их друг от друга более разнообразны. Химические соединения могут содержать различные функциональные группы, быть спиртами, альдегидами, кислотами, содержать углеродные цепи различной длины, серные группы и бензольные кольца и многое, многое другое. И все эти вещества имеют разные запахи. Химические соединения, содержащие серу, пахнут тухлыми яйцами, соединения, содержащие бензольное кольцо, обладают ароматным запахом, альдегиды имеют сладковато-фруктовый запах, спирты, понятно, – спиртовой запах, запах алкоголя и так далее. Вещества невозможно упорядочить по запаху на какой-то оси, как это можно сделать с цветами, ориентируясь на длину их волн. Запахи намного сложнее, и для их описания требуется много разных дескрипторов. Вместо одного измерения, такого как длина волны, нам требуется некоторое множество измерений. Для того чтобы добиться адекватного восприятия запахов, недостаточно трех или четырех различных рецепторов, их необходимы десятки, а еще лучше – сотни.