Необходимо признать, что органы обоняния у животных и человека, к большому сожалению, изучены пока меньше, чем все другие органы чувств. Между тем созданные природой системы обоняния обладают изумительной гибкостью, высокой чувствительностью и прекрасно приспособлены для пассивной локации. О механизме восприятия запахов сегодня еще мало что известно. У нас даже нет меры, которой можно было бы измерять силу запаха так, как мы измеряем силу звука, освещенность или температуру. Известный специалист по проблемам запаха и обоняния Р. Райт, автор недавно переведенной на русский язык книги "Наука о запахе", в главе "Сила запаха" пишет: "Однажды мне захотелось узнать, как пахнет вещество, называемое фенилацетиленом. Я взял "Органическую химию" Рихтера и на стр. 446 прочел, что это "...жидкость со слабым запахом". Потом заглянул в "Органическую химию" Бернтсена и на стр. 414 обнаружил, что это "...жидкость с приятным запахом". А на стр. 157 "Руководства по органической химии" Дайсона было указано, что фенилацетилен — это "бесцветная жидкость с неприятным запахом, напоминающим запах лука". Подобного рода оценки запаха в жизни довольно обычны. Люди по-разному воспринимают запах одного и того же вещества.
Не существует пока и общей теории, которая объясняла бы, каким образом нос и мозг обнаруживают, сравнивают и опознают запахи. А ведь в разное время было выдвинуто около 30 предположений на этот счет. Но ни одно из них не выдержало экспериментальной проверки и не смогло опровергнуть уже давно установившееся представление о том, что для обонятельных восприятий необходимо присутствие в воздухе пахучих частиц.
А эта концепция существует уже более 2000 лет, со времен римского поэта Лукреция Кара, который считал, что в носу есть маленькие поры, различные по размерам и по форме, в которые входят "пахучие" частички, испускаемые летучими веществами. Частички каждого вещества имеют только им одним присущую форму, а распознавание каждого запаха зависит от того, к каким порам подходят эти частички.
Теперь ученые считают, что догадка Лукреция Кара была справедлива. За последние несколько лет были собраны данные, подтверждающие, что геометрия молекул пахучих веществ действительно служит главным опознавательным признаком запаха.
В 1941 г. шотландский ученый Р. Монкриф выдвинул гипотезу, которая в настоящее время считается наиболее состоятельной. И она очень напоминает догадку римского поэта. Монкриф предположил, что обонятельная система содержит рецепторные клетки нескольких различных типов, каждый из которых соответствует определенному "первичному" запаху, и что молекулы пахучего вещества вызывают ощущение запаха, плотно входя в рецепторные участки этих клеток. Согласно теории Монкрифа предполагается прежде всего механическое взаимодействие молекул с рецепторными клетками. Молекула соответствующей конфигурации входит в углубление рецептора примерно так же, как штепсельная вилка в розетку. Допускается также, что некоторые молекулы могут входить в две разные розетки — одной стороной в более широкий рецептор, а другой — в более узкий. В таком случае возникает ощущение "сложного" запаха. А каковы "первичные" запахи?
Американский ученый Дж. Эймур нашел ответ на этот вопрос, проведя обширные исследования по органической химии. Он установил, что первичные запахи, смеси которых в определенной пропорции дают любой из известных запахов, суть следующие: камфорный, мускусный, цветочный, мятный, острый и гнилостный. Молекулы веществ с разными первичными запахами отличаются друг от друга по форме. Мускусный запах свойствен молекулам в форме диска, молекулы с камфорным запахом имеют форму шара и т. п. Ученый весьма эффектно подтвердил свою теорию. Он спроектировал молекулу некоего, неизвестного до тех пор вещества и предсказал, как оно будет пахнуть. Химики по его просьбе синтезировали вещество с такими молекулами, а опытные "дегустаторы" установили, что его запах именно таков, каким он должен был быть по прогнозу Эймура.
Таким образом, наши органы обоняния работают, вероятно, по принципу "ключа и замка". И этот в общем простой принцип позволяет производить сложнейшие химические анализы. Так, например, установлено, что обоняние человека способно опознать запах этил-меркаптана при концентрации 4 · 10-9 кг/м3, ванилина — при 2 · 10-13 кг/м3. Сигнал о наличии пахучего вещества генерируется практически мгновенно, сразу вслед за соприкосновением этого вещества с периферической частью обонятельного аппарата. Чувствительность же газоанализатора, например ВТИ-2, достигает лишь 10-6кг/м3, а время, потребное на одно определение запаха вещества, колеблется в пределах от нескольких минут до десятков минут.
Л. Милн и М. Милн, авторы недавно изданной у нас КНИГУ "Чувства животных и человеки", пишут: "Среди веществ, к которым наш нос наиболее чувствителен, нужно назвать мускус, выделяемый анальными пахучими железами самца мускусной кабарги[7].
Химики подсчитали, что с любой небольшой поверхности мускусного раствора, с которого каждую секунду высвобождается 800 000 молекул, за две секунды выделяется столько молекул, что человек ощутит запах мускуса.
Для Северной Америки более знакомый запах — это химическое оружие скунса. Активное начало в нем — этилмеркаптан, который ощущается человеком при вдыхании всего лишь 0,000 000 000 000 002 г. Такое незначительное количество все же содержит 19 400 000 000 молекул; значит, нашему носу требуется почти в 12 000 раз больше пахучего вещества скунса, чем соответствующего вещества мускусной кабарги, чтобы послать мозгу верную информацию".
И все же, имея немало оснований для того, чтобы гордиться данным нам природой органом обоняния, приходится признать, что он далеко еще не блещет тонкостью восприятия. В природе имеются сотни тысяч запахов. Из них человек в состоянии воспринять лишь очень небольшую часть, причем способность эта развита у людей неодинаково. У женщин обоняние тоньше, чем у мужчин. Большинство людей воспринимает запахи левой ноздрей лучше, чем правой. А вот обыкновенная дворняжка, подумать только, может различать до полумиллиона запахов, совершенно недоступных человеку.
Бывалые моряки хорошо помнят то время, когда в списках экипажей подводных лодок числились... белые мыши. Дело в том, что в свое время даже "владычица морей" Англия строила лодки, которые освещались газолином — жидким углеводородом, представлявшим огромную опасность при малейшей небрежности. Выяснилось, что белые мыши чрезвычайно чувствительны к запаху газа и моментально предупреждают о его утечке своим писком. На содержание мышей отпускались даже специальные деньги, включавшиеся в общую расходную ведомость команды.
Недавно ученые установили, что некоторые рыбы (главным образом ночные) способны реагировать даже на отдельные молекулы ароматического вещества[8]. В частности, при изучении обоняния угря было установлено, что он может обнаруживать по запаху спирт в разведении, равном 6 · 10-20. Иными словами, достаточно в Ладожском озере (объем воды в нем равен 3500 км3) развести 1 г спирта, чтобы угорь мог отличить эту воду от другой!
Узнали об этом американские военные специалисты — и всполошились. Еще бы. Ведь с помощью такого прибора подводная лодка могла бы "взять след", оставленный в открытом океане неприятельским судном. И вот американские инженеры бьются над созданием прибора, который мог бы обнаруживать корабли по запаху, т. е. по наличию в воде пахучих примесей, остающихся в кильватерной струе движущихся кораблей. Попутно отметим, что ученые Иллинойского технологического института по контракту с Федеральным агентством авиации работают сейчас над созданием устройства, способного "вынюхивать" бомбы, спрятанные в самолетах.
Обоняние, разумеется, можно использовать не только в военных целях. Горняки, например, — уже много лет — подобно английским подводникам в прошлом используют "нюх" белых мышей для обнаружения рудничного газа. Наличие этого взрывоопасного яда устанавливают по изменению поведения обычно спокойных мышей: чувствуя запах газа, они начинают метаться в клетке. Буйство, так несвойственное этим животным, — вот сигнал опасности, и, значит, следует немедленно принимать меры.
Очень часто обнаружение запаха газа поручают собакам. Так, дирекция одной из газовых сетей в ГДР пользуется услугами некоей овчарки, которая обнаруживает течи в газовых магистралях. Она ежедневно проходит вдоль семикилометрового газопровода, тщательно принюхиваясь. Газовщики считают, что никакой прибор не может сравниться с "нюхом" этой собаки, когда дело касается запаха газа. Обнаружив утечку, пес ложится и громко лает, вызывая аварийную бригаду, которая должна привести магистраль в порядок.
Немало человеческих жизней спасли собаки в годы второй мировой войны. Миноискатели тех времен нащупывали лишь металлические оболочки. Собаки же остро чувствуют запахи взрывчатки, фугасов и других "сюрпризов" в оболочках и без оболочек. Но для этого они должны пройти специальную тренировку. После такой тренировки четвероногие успешно "соперничают" со специальными приборами. В годы прошедшей войны саперы не раз выходили на выполнение заданий, держа на поводке собак...
Эту изумительную способность наших четвероногих друзей — очень точно улавливать и различать запахи — недавно решили использовать и... геологи. Инициатива обучения собак новой профессии в нашей стране принадлежит доктору биологических наук Г. А. Васильеву. В Петрозаводский научно-исследовательский институт геологии из питомника Министерства путей сообщения привезли несколько четвероногих. Тренировкой их занялся инструктор Орлов совместно с работниками института. Они учили собак отыскивать тщательно спрятанные камешки — серный колчедан. Этот поиск — "начальное образование" четвероногого разведчика. В ходе тренировки задания усложнялись. Ведь главное — это разведка рудных месторождений, помощь человеку в составлении подробнейшей геологической карты; поэтому собак учили запоминать запахи разных руд, ходить по маршруту, отличать одни полезные ископаемые от других.