Мелоэн говорит, что до сей поры был ко всему этому безразличен, но схема оказалась настолько впечатляющей, что он решил заняться вплотную. На протяжении последующих двух десятилетий, вплоть до выхода на пенсию в 1993 г., Мелоэн периодически занимался исследованиями в области запаха как побочной темой, вместе со студентами, которые проявляли желание поучаствовать в весьма эксцентричной теме.
Мелоэн решил проверить теорию Райта и начал собирать идеи. Один коллега предложил изотопы как элегантный способ изменения колебаний без изменения формы, но Мелоэн почувствовал, что использование изотопов аттрактантов может показаться неубедительным из-за извечной проблемы с примесями. Репелленты более распространены, чем аттрактанты, и, если небольшое количество репеллента в качестве примеси найдет способ проникнуть в аттрактант с изотопом-заменителем, эксперимент может дать нечеткие результаты. Поэтому он решил перевернуть проблему с ног на голову и заняться репеллентами. Он знал, что лавровый лист действует как репеллент на тараканов, и решил проанализировать экстракт лаврового листа, чтобы понять, какие химические вещества играют активную роль. Таких оказалось несколько, но 1,8-цинеол, распространенная молекула с запахом камфоры, оказалась наилучшим претендентом.
Он придумал оригинальный способ проверки отталкивающих свойств. Он сажал тараканов в большой стеклянный ящик, на дне которого располагал две перевернутые, как иглу, стеклянные колбы, по нижнему краю которых были сделаны проходы. Сверху каждой колбы свисали марлевые тампоны, недоступные для тараканов. В одной тампон был пропитан тестируемыми молекулами, в другой – без ничего. Затем он выключал свет, и тараканы получали возможность перемещаться как угодно по предоставленной территории, в том числе и знакомиться с запахами в каждом иглу. Потом включали свет – и тараканы бежали в укрытие. Выяснив ранее, в каком из иглу находится репеллент, а в каком – нет, эти сообразительные мелкие твари дружно прятались там, где не было неприятного для них запаха. А если выставлялись колбы без репеллента, тараканы равномерно прятались от света в обоих. Мелоэн проделал это с цинеолом, и почти все тараканы избегали его как чумы. Затем он взял дейтерированный цинеол – и они полностью его игнорировали, равномерно заполняя оба иглу.
Работа Мелоэна никак не отвечала на два фундаментальных вопроса – механизм воздействия и различные запахи энантиомеров.
Это был поразительный результат, и трудно опровержимый с точки зрения примеси аттрактантов, поскольку Мелоэн брал самую слабую концентрацию цинеола, способную произвести отпугивающее действие. Чтобы объяснить это влиянием примесей, нужно было допустить: а) одновременное наличие очень сильного аттрактанта (не было известно ни одного достаточно мощного), и б) случайно точной нейтрализации действия репеллента этой неизвестной молекулой. Мелоэн понял, что они наткнулись на что-то серьезное и попытался опубликовать результаты, но столкнулся с крайне скептической реакцией, которая в то время сопровождала все, связанное с теорией Райта. Это было понятно: работа Мелоэна никак не отвечала на два фундаментальных вопроса – механизм воздействия и различные запахи энантиомеров. Более того, у него не было никакого авторитета в науке запахов. Если добавить долю пренебрежения к сельскохозяйственному акценту некоторых его работ, то результат может быть вполне предсказуем: пренебрежение.
Мелоэн отнесся к этому сдержанно, понимая, что положение постоянного штатного профессора позволяет не участвовать в крысиных бегах публикаций. Он опубликовал, что мог, в журналах по энтомологии и однажды посетил конференцию химиков-флейвористов в Греции, чтобы рассказать о своей работе. Но в основном его труды остались неопубликованными в том смысле, что плоды его двадцатилетних трудов находили отражение только в докторских диссертациях его учеников, но они в качестве микрофильмов оседали в библиотеке Канзасского университета. Эти диссертации не учитывались ни в одной научной базе данных, большая часть его работ осталась непрочитанной, коллеги о них не слышали. Сам Мелоэн полагал, что изменить положение можно только благодаря убедительному эксперименту. Он принимал как данность, что Райт по существу был прав в выборе диапазона колебаний (при волновом числе ниже 1000), и что его идея о нескольких колебаниях заслуживает продолжения работы, но не добился успеха в этом направлении вплоть до выхода на пенсию.
Здесь вступаю я: полярограф
Из всего сказанного должно быть очевидно, что к моменту выхода Роберта Райта на пенсию в 1985 г. основные компоненты пазла стали доступны любому, кому повезло или кто проявлял достаточно настойчивости, чтобы найти их. В 1991 г., когда Линда Бак открыла рецепторы запаха, еще один большой фрагмент встал на свое место. Отсутствовал кусок, связанный с переводом туннельной спектроскопии в биологическое царство. Именно это удалось сделать мне, поэтому настало время моего выхода на сцену. Об этой части истории написана книга[77], поэтому я постараюсь по возможности не повторять ее содержание.
Мое подключение к изучению мира запахов произошло самым нетрадиционным образом. Я работал на морской биостанции в городке Вильфран-сюр-Мер, близ Ниццы, в божественном месте. И однажды, кажется, это было в 1986 г., в прекрасной старой библиотеке станции я наткнулся на двухтомник под названием «Полярография». Полярография – метод химического анализа, ныне применяемый редко, но в период своего расцвета он произвел революцию в аналитической химии и принес его изобретателю, чешскому химику Ярославу Гейровскому Нобелевскую премию по химии 1959 г. Успех полярографии отчасти объясняется ее простотой. Любой может за неделю собрать простенький полярограф за разумную цену и делать с ним очень интересные вещи.
Вот как это делается. Попросите знакомого стеклодува припаять прочную, тонкостенную, формой похожую на термометр стеклянную трубку к стеклянному же резервуару. Зафиксируйте все это в вертикальном положении, заполните верхний резервуар ртутью и поместите верхнюю часть трубки в мензурку со слабым водно-солевым раствором. Приглядевшись, можно будет увидеть, как мелкие капельки ртути будут падать сквозь воду и собираться в крупную каплю на дне мензурки. Когда вся ртуть соберется на дне, подсоедините верхний резервуар с ртутью к отрицательной клемме аккумулятора, а нижний – к положительной, но через устройство, позволяющее контролировать разницу напряжения между двумя емкостями с ртутью. Вставьте в цепь прибор, измеряющий напряжение, типа гальванометра, и все готово к работе.
Начните с небольшого напряжения. Вы увидите почти полное отсутствие тока, и это потому, что в проводах и ртути ток создается электронами, а в воде – ионами, элементами, заряды которых постоянно находятся в неустойчивом состоянии, меняясь с отрицательного на положительные. Пример – обычная поваренная соль, хлорид натрия, который в воде распадается на ионы Na+ и Cl-. Электроны добираются до края ртути, в воду перепрыгнуть не могут, поэтому замирают: тока нет. Соответственно, ионы тоже не могут перебраться в ртуть. Однако если немного повысить напряжение, ток появится. Но на гальванометре вы увидите не равномерный ток, а зубчатую линию, которая поднимается от нуля по мере того как каждая капля ртути образуется на конце трубки, растет, достигает максимального размера и падает. Когда такое происходит, ток падает до нуля, и процесс начинается заново. Если ток есть, значит, что-то в растворе принимает электроны. Это не могут быть растворенные ионы натрия, потому что они терпеть не могут электроны. Превратить их из Na+ в Na0 (ион натрия в металлический натрий) требует мощного толчка. Вот почему обратная реакция гораздо проще: металлический натрий очень активно вступает в реакцию с водой. Но и сама вода тоже не может принимать электроны, потому что в этом случае происходит выделение газов на обоих электродах (водорода и кислорода), и вы опять ничего не увидите. Но если не натрий и не вода, так что же?
Ответ странный: кислород. В воздухе, которым мы дышим, содержится 20 % кислорода, и некоторая его часть растворена в воде (этого хватает рыбам для жизни). Есть простой способ убедиться, что именно кислород обеспечивает ток: достаточно пропустить через раствор азот, который вытесняет кислород: тока не будет. Разумеется, не только кислород принимает электроны, таких веществ много. Более того, напряжение, при котором они начинают принимать электроны, зависит от субстанции, а это означает, что можно одновременно обнаружить ее наличие и определить ее количество в растворе. Самое удачное в использовании ртути заключается в том, что вне зависимости от химических реакций, происходящих с электродом, вы всегда с каждой каплей имеете дело с новой, чистой, абсолютно гладкой поверхностью. Отличное устройство. Но в процессе чтения о полярографии я обнаружил причудливый феномен, упоминаемый неоднократно – полярографический максимум.
В принципе, если у вас в воде растворена смесь различных веществ, которые принимают электроны при разном напряжении, то кривая тока[78] относительно напряжения должна выглядеть как поднимающаяся серия закругленных ступеней, идущих выше и выше по мере того, как вы увеличиваете отрицательное напряжение. Выравнивание каждой ступени происходит из-за того, что для прыжков электронов требуется диффузия между раствором и поверхностью ртути, которая принимает электроны. Когда количество, атакованное электронами, точно совпадает с количеством, пополняемым диффузией, ток перестает нарастать. Это справедливо для большинства веществ, но некоторые демонстрируют довольно плохое поведение, которое сильно озадачивало всех, кто работал с полярографами. Лучший пример – кислород. При создании отрицательного напряжения ниже нуля кривая тока поднимается довольно круто. При еще небольшом увеличении отрицательного напряжения, когда вы ожидаете, что кривая начнет выравниваться, как при нормальном прилично себя ведущем соединении, от одной капли до другой, она внезапно падает на гораздо более низкий уровень и продолжает. Если возвращаться к нулевому напряжению, кривая снова поднимается на более высокий уровень.