Первый, как мы уже видели, заключался в том, что он ошибся с некоторыми определениями частотности, и критики ухватились за это, чтобы опровергнуть теорию в целом. Впечатляющее предсказание насчет боранов и серы могло бы полностью подтвердить его правоту, но об этом никто не знал. Были те, кто утверждал, что теория ошибочна, поскольку метилнитрил (СН3-СН) и метилизонитрил (СН3-NC) имеют «совершенно различные» запахи и довольно сходные колебания (см. таблицу на след. странице). Заявление заслуживает внимания, поскольку иллюстрирует менее чем прочную природу фактов в области обоняния. Наличие нитриловой группы однозначно привносит маслянисто-металлический характер запаха, который большинство людей находит крайне неприятным. Чем меньше молекула, тем более сильный вклад нитриловой группы в общий запах. Единственные колебания, которые имеют значение для постоянства нитрилового характера любой молекулы, это валентные колебания самой СН группы. То же самое относится к изонитрилам, поскольку – NC группа придает характерный запах любой молекуле, в которой находится. Изонитрилы, надо сказать, это нечто! Запах чистого вещества Клоппинг охарактеризовал как «неописуемо мерзкий», и мало кто с ним не согласится. Но самое примечательное в их запахе не столько характер, сколько невероятная интенсивность. И наоборот, в насыщенных растворах изонитрилы приобретают металлический запах, который довольно близок к нитрилу, и готов поспорить, многие их могут перепутать. Второе – колебания. Соответствующие периоды колебаний групп CN и NC различаются максимум на 100 волновых чисел. Кто скажет, что это незначительная разница, если разрешение восприятия нашего носа неизвестно? В конце концов, для спектроскопа это – огромная величина. Думаю, Дайсон мог бы написать по этому поводу небольшую статью, если бы сохранил интерес к данной теме.
Примечательно, но Райт в своей книге «Наука запаха»[62] выдвигает весьма слабые аргументы против этих возражений, и это удивительно с учетом его познаний в химии и физике. Но причина вскоре прояснилась. Дело не в том, что Райт разочаровался в теории колебаний; он просто понял, что Дайсон сделал критическую ошибку в определении диапазона колебаний, который существенен для запаха. Вспомните, Дайсон уделял особое внимание волновым числам в диапазоне между 1400 и 4000. Дело в том, что он считал, во-первых, что запахи функциональных групп (—SH, – CH и др.) должны быть обнаруживаемыми и колебания таких групп находятся в этом диапазоне, а во-вторых, из-за ограниченности возможностей рамановской спектроскопии, которая в то время не могла четко разглядеть объекты, имеющие волновое число менее 1000. Дайсон, иными словами, вообще не заглядывал в этот диапазон. Ему казалось, что теория, исключающая это, должна пожертвовать значительной частью объясняющей силы.
Как это работает
Р.Г. Райт предложил пожертвовать волновыми числами в диапазоне ниже 1000 по причинам, которые в то время выглядели убедительно. Райт пытался опровергнуть другое, гораздо более сильное возражение против теории колебаний вообще: нет никаких мыслимых способов, с помощью которых живой организм может выполнять спектроскопию. Спектроскопия, предназначенная для измерения молекулярных колебаний оптическими способами, должна иметь: а) источник света, б) какое-то устройство (призма, решетка) для разделения падающего света или излучаемого света на световые волны различной длины, и в) детектор. В случае Рамана источник света должен быть видимым и интенсивным. Да, есть живые организмы, которые вырабатывают свет, но не достаточной интенсивности (попробуйте почитать при свете грибов), чтобы получить рамановский спектр. Если использовать новый тип спектроскопии, инфракрасное поглощение, то придется использовать достаточно сильный источник инфракрасного излучения, содержащий широкий диапазон частот. Есть несколько весомых причин, по которым в биологии подобное невозможно. Простейший источник инфракрасного излучения – горячий объект, например, нить накаливания обычной электрической лампочки, испускает больше инфракрасного излучения, чем света в видимом диапазоне. Но горячий объект невозможен в живой системе, потому что он просто сожжет все свое ближайшее окружение. Химический источник инфракрасного излучения, например, как у светлячков, возможен, но использование его крайне затруднительно, поскольку эффективность химического источника света резко падает при увеличении длины волны, а в диапазоне инфракрасного излучения становится близка к нулю[63]. Даже если такое было бы возможно, потребовалось бы несколько низкоэффективных ламп, чтобы охватить весь спектр колебаний.
Источники света – не единственная проблема. Возникает еще вопрос воды. Как известно всем, кто хотя бы бегло читал этикетки на бутылках с французской минеральной водой, 75 % нашего организма состоит из «Эвиана». Проблема в том, что между молекулами воды существуют слабые связи, которые придают воде (на молекулярном уровне) желеобразную консистенцию, которая очень хорошо поглощает инфракрасное излучение. На практике вода в инфракрасном излучении абсолютно черная и поглощает всю энергию, не оставляя ничего для молекул запаха. Можно сказать, что если бы существовал биологический спектроскоп, то он должен был бы быть микроскопического размера, поскольку совать куда-либо нос было бы вполне безопасно, и свету не приходилось бы далеко путешествовать.
Нет, понял Райт, об оптической спектроскопии не может быть и речи. Но в таком случае для определения колебаний остаются только механические способы. Иными словами, рецептор должен на самом деле чувствовать молекулярное шевеление. Но с какой стати им вообще шевелиться? Райт утверждал, что единственным источником энергии должно быть тепловое движение. И вот в этот момент он совершил поворот, который, как я полагаю, обрек его теорию на неудачу. Проблема с тепловым движением в том, что при комнатной температуре или при температуре человеческого тела количество требуемой энергии невелико, с волновым числом порядка 250, что составляет около 10 % энергии группы SH. Можно сказать, что влияние 250 толчков на 2500 колебаний сопоставимо с pianissimo. Это имело бы значение, если бы речь шла не о квантах. В квантовом мире обычно звучат флейты, а не пианино[64]. Если дунуть в флейту (или в горлышко пивной бутылки) очень слабо, звука вы не получите. Только когда вы превысите определенный порог интенсивности выдуваемого воздуха, флейта издаст звук. Если подуть еще сильнее, звук прыгнет на октаву выше. То же самое с броуновским движением: волновое число 250 – эквивалент нежнейшему дуновению ветра, и у него практически нет шансов повлиять на колебания с волновым числом 2 500. Из этого следует, что если нос воспринимает колебания механически, то нас могут интересовать только колебания с волновым числом ниже 1000.
Эта новая мысль, которую Райт высказал в статье 1954 г., радикально изменила всю картину и придала теории колебаний новый, пусть и временный, толчок жизненных сил. Райт полагал, что она делает более правдоподобной существование биологического спектроскопа. Но был еще один аспект. Анализируя корреляцию между спектром и запахом, Райт заявил, что нужно обратить внимание на дальнюю область ИК-диапазона, ту, которую Дайсон не изучал. И тут Райт оказался в весьма необычном положении. Дело в том, что у него был спектроскоп, который работал в этой дальней области диапазона, но в целом такие устройства были в то время большой редкостью. Причину такой редкости он странным образом определил как «грязную подробность»: они стоили €35 000, в пять раз дороже спектроскопов, работавших в ближней области ИК-диапазона. Для 1961 г. это были очень существенные деньги. Таким образом, хорошая новость заключалась в том, что он мог проводить эксперименты, а плохая – в том, что практически никто не мог повторить их. Учитывая то, что к причудливой теории Райта и без того было настороженное отношение, это было серьезным недостатком. Если вы предлагаете нечто действительно особенное, вам лучше позаботиться о том, чтобы другие имели возможность повторить ваш эксперимент. В ином случае, если людям ваша идея не нравится, но они не могут объяснить, почему, они просто не поверят вашим данным. Я говорю об этом, в частности, потому, что сам много лет именно так относился к работе Райта.
Новые проблемы
Поднявшись на одну гору, Райт должен был испытать обескураживающее чувство при виде истинной Джомолунгмы проблем, открывшихся впереди. Первая заключалась в том, что некоторые молекулы, обладающие сильным и характерным запахом, просто не совершали колебаний в этом диапазоне. Причина проста: примерно так, как более короткие планки ксилофона издают более высокие ноты, короткие маленькие молекулы типа H2S могут совершать только колебания высокой частоты. H2S имеют только три типа колебаний: два периода S-H, в которых Н движутся либо совместно, либо альтернативно (примерно 2600), и H-S-H «связующее» колебание в районе около 1290. И всё. Никак не ниже 1000. Если бы Райт знал о боранах, он бы понял ошибку в своих действиях. Но он не знал, и смело двинулся дальше. Он называет три таких молекулы: H2S, HCN и NH3. Затем он делает специальное заявление, чтобы от них избавиться. Он предполагает, что H2S подвергается в носу химической реакции, которая превращает ее в более крупную молекулу, т. е. обладающую диапазоном колебаний ниже 1000.
4H2S + O2 = 2H2S2
2H2S2 = H2S + H2S3
Эти химические реакции вполне реальны. В принципе, все верно, с некоторыми исключениями, и одно из них предстает перед Райтом с показательной яркостью (он называет его «весьма затруднительным вопросом»). Но у ученых