нервным обонятельным волокнам, а мозг полностью анализирует его.
По другой теории, разработанной физиологом Р. Райтом, молекулы пахучего вещества совершают постоянные колебания, так как колеблются составляющие их атомы. Предполагается, что каждое вещество характеризуется определенным «дрожанием». Вот эти-то колебания при непосредственном контакте, а возможно, и дистанционно, улавливаются хеморецепторами и также анализируются мозгом.
Трудно пока отдать предпочтение какой-либо из этих теорий. Уж очень они обе заманчивы. Во всяком случае, легче изучать не дистанционное восприятие запаха, а контактное. Ранее уже упоминалось о таких контактных «анализах», которые может делать муха. Ведь у нее хеморецепторы находятся на лапках, и она всегда знает, что у нее под ногами: еда, питье или что-то несъедобное. Ученые подсоединили электроды к нервным волокнам синей мухи, усилили отведенные импульсы и записали их на осциллограмме. Оказалось, что на ее лапках четыре типа рецепторов: одни анализируют состав воды, другие определяют вид сахара, третьи исследуют различные соли, четвертые указывают на наличие белковой пищи. Но самое интересное, что анализаторы химических веществ у мухи находятся и в хоботке, причем хоботок автоматически отвечает на показания ножных хеморецепторов: он вытягивается, и муха начинает пить или есть. Поэтому экспериментаторы наносят на лапку мухи исследуемое вещество и по выпрямлению хоботка судят, какие концентрации и какие вещества улавливает насекомое. Такой химический анализ занимает несколько секунд, и его вполне могут использовать химики-аналитики в некоторых своих работах.
Но есть животные, которые самым настоящим образом «щупают» конфигурацию молекул. Да, да, именно конфигурацию молекул!
Среди водных организмов довольно широко распространены морские желуди, или балянусы. Их можно увидеть на камнях прибрежных скал, а иногда и на живой раковине моллюска. Да что там моллюск — они и к китам ухитряются прикрепиться. На кораблях и гидротехнических сооружениях морские желуди — основной компонент обрастания.
Морские желуди — это усоногие ракообразные. Конечно, они не похожи на речного рака и даже на морского краба, но все же это их родственники. Личинки у бапянусов, как и у всех ракообразных, свободноплавающие и похожи на личинок других раков (рис. 2а). В раннем «детстве» морские желуди выдают свое происхождение, что они ракообразные, а во взрослом состоянии рака в них не узнать (рис. 2б).
Рис. 2. Балянусы и их личинки:
а — личинки рачков балянусов на различных стадиях развития; б — взрослые балянусы, или морские желуди
Поставим под микроскоп личинку баляпуса. На ее антеннах можно увидеть своеобразные диски, а если внимательнее присмотреться, то и волоски, окружающие диск. Это и есть прибор, «ощупывающий» конфигурацию белковых молекул. Ведь личинка, проплавав какое-то время, должна прикрепиться к твердой поверхности и сделать вокруг себя своеобразный домик со створками. Но как найти хорошее место для прикрепления? Очень просто: использовать опыт предшественника, если он сумел выжить и оставить след после себя, то и последующему жильцу, вероятно, на этом месте будет неплохо. А какой же след оставил после себя живущий на этом месте балянус? Белок, причем нерастворимый в воде. Этот белок по составу напоминает тот, который встречается в твердом покрове ракообразных и даже насекомых. Но личинка морского желудя не только не путает его с белком других животных, а, наоборот, узнает место, где ранее сидели балянусы именно ее вида. Значит, своим анализатором, на ощупь, она определяет те незначительные отличия в молекуле белка, которые по конфигурации соответствуют ее виду. Ни химики, ни физики такого прибора еще не имеют. Как тут не вспомнить теорию химического анализа, основанную на принципе «ключа и замка», когда форма молекул исследуется рецепторами, подходящими комплементарно к структуре исследуемых белков?
Ну а теперь отправимся в мир мигрирующих рыб, например лососей. До настоящего времени способность лососей находить путь вверх по реке к своим родным водоемам даже ихтиологам, которые их изучают, кажется сверхъестественной. Каждый год эти рыбы из океана возвращаются к родным рекам, а затем плывут вверх по реке, преодолевая пороги, камни и сильные встречные течения. Как будто им кто-то точно поставил задачу — вернуться в то место, где они родились сами, и только там провести нерест. Все это невероятно: в огромном океане, где кормились лососи, они должны найти устье родной реки, а затем уже в реке — место вы клева из икринок. Однако здесь ученые преуспели и многое раскрыли.
Так, они установили, что миграция лососей состоит из двух этапов. На первом этапе они отыскивают устье родной реки. И делают это примерно, как птицы, ориентируясь по Солнцу. Путь от «морских пастбищ» до устья реки может составлять сотни, а иногда и тысячи километров. Например, шотландский лосось, который кормится у берегов Гренландии, для возвращения в устье реки преодолевает четыре тысячи километров. Но ориентация по Солнцу, как у птиц, так и у лососей, пока только предполагается. Действительно, выпущенные на волю лососи при солнечной погоде быстро находят пути своего следования, а если небо покрыто облаками, они теряют ориентацию. В лабораториях пробовали сделать искусственное «Солнце», его вращали, и лососи меняли траекторию своего движения. Следовательно, Солнце для их ориентации что-то значит.
С расстояния ста километров от своей реки лососи определяют направление движения с помощью обоняния. В проведенных экспериментах десять тысяч помеченных лососей возвращались в то же место, где они вылупились из икры. Что же за прибор у лососей улавливает запах родного водоема? Установлено, что у рыб есть У-образные трубочки с хеморецепторами. Вода прогоняется через эти трубочки микроресничками или течением, создаваемым при движении рыбы. Американские исследователи заткнули лососям ноздри ватными тампонами, и рыбы уже не могли найти путь к нерестилищам.
Электрофизиологи проводили эксперименты другого рода. Они выловили лососей в местах нерестилищ и подключили им электроды к обонятельной луковице, а далее биотоки подавались на усилитель и к записывающей аппаратуре. Когда через ноздри лосося пропускали воду с его родной реки, в обонятельной луковице отмечалась повышенная электрическая активность. Достаточно было сменить воду, взять ее из чужого нерестилища — никакого электрического ответа не было. В то же время вода, взятая ниже по течению реки, куда попадала часть воды с нерестилища подопытного лосося, вызывала слабый всплеск биотоков в обонятельной луковице. Значит, вода из родной реки обладает определенным запахом который лососи отличают от всех других. Но чувствительность к этим веществам у рыб так высока, что самые тонкие и точные анализы не позволили установить, какие именно вещества привлекают рыб. Видимо, это соединения растительного или животного происхождения, составляющие целый комплекс знакомого запаха для лососей, которые они помнят несколько лет.
Может показаться, что мы уже близки к разгадке механизма ориентации лососей во время миграции. Но как тогда объяснить опыты с выключением ноздрей? Оказалось, что с открытыми ноздрями лососи находят свое нерестилище не только, если они идут вверх по течению, когда потоки воды приносят им знакомый запах, но и, если их выпустить вниз по течению, то есть выше родного «дома». Навстречу им движутся лососи, стремящиеся к своим нерестилищам, они не обращают на них никакого внимания, нарушают все законы и доходят до своего притока. Если же подопытным лососям «отключить» ноздри с помощью тампонов, они не находят дорогу. Возникает вопрос: какую функцию выполняют ноздри?
Ведь запах их родной реки сносится только вниз по течению, и даже электрофизиологи не отмечали у лососей никакой реакции обонятельной луковицы на речную воду, взятую выше нерестилища. На этот вопрос ихтиологи ответить пока не могут, хотя и тут полностью нельзя исключить сверхчувствительного обоняния этих рыб.
Сухопутный «живой прибор», анализирующий запах, известен всем — это собака. Ни у кого не вызывает удивления, что собак используют в качестве следопытов, хотя это как раз удивительно. Собака живет миром запахов, на втором плане у нее острый слух, а затем зрение. Первые эксперименты были проведены Д. Романесом еще в 1885 году. Исследователь возглавил цепочку людей из двадцати человек, которые шли за ним и ступали след в след. Затем группа разделилась на две части и каждая направилась к своему укрытию. Когда пустили собаку Романеса, она легко отыскала место, где укрылся ее хозяин.
Задача по отысканию однояйцевых близнецов оказалась для собаки посложнее. Ведь близнецы имеют совершенно одинаковый состав белков, разница лишь в том, что один из них образовался из правой, а другой из левой половины общего зародыша на ранних стадиях развития. Перед опытом собаку познакомили с одним из близнецов. Затем оба близнеца прошли в группе людей по полю и разделились: один пошел с половиной людей вправо, другой — влево. Собака нашла знакомого ей близнеца. А что, если собаку познакомить с одним близнецом, а в опыте будет участвовать другой? В этом случае собака пошла по следу незнакомого ей близнеца. Значит, если близнецы вместе, собака их различает, а в отдельности отличить их друг от друга не может: уж очень сходны запахи, и только сравнительный анализ помогает ей решить задачу.
Таким чувствительным прибором не прочь воспользоваться многие специалисты: криминалисты, газовщики, геологи. В Варшаве группа из нескольких собак следит за исправностью газовой сети. Никакие приборы не могут обнаружить утечку газа глубоко под землей, а собаки точно находят место нарушения газопровода. И практически никогда не ошибаются. В Карелии тренируют собак-геологов. Собаку по кличке Байкал брала с собой агитбригада биофака МГУ, и во время лекции собака демонстрировала свои способности находить различные образцы полезных ископаемых, спрятанные в зрительном зале. Она распознавала больше десяти минералов и по приказу своей хозяйки находила спрятанный в зале образец, оповещая лаем, у кого из зрителей он находится. Все образцы минеральных пород раздавались зрителям перед лекцией и перепрятывались по всему залу. Байкал находил то, что ему приказывали, и ни разу не ошибся. Раньше эта собака служила на границе, но из-за катаракты ее списали, и она продолжила свою службу на мирном поприще.