Kitabı oku: «Тайная сила обоняния. Доверься носу. Иди за инстинктами», sayfa 2
Увеличение содержания газов и сдвиги температуры
В отличие от CO2, озон (O2) и оксиды азота (NOx) могут оказывать прямое влияние на состав аромата благодаря своей окисляющей способности. В последнее время уровень обоих экологических токсинов в атмосфере увеличился и, как ожидается, продолжит расти9. По мере повышения уровня этих газов все более вероятно, что смесь запахов, которая помогает насекомым в поиске пищи, организмов-хозяев или мест откладывания яиц, изменится. Хотя каждый из этих аспектов имеет свои собственные последствия, взаимодействие между ними, в свою очередь, приведет к новым изменениям.
Газы NOx образуются везде, где мы сжигаем какое-либо топливо. Они опасны для здоровья сами по себе и, кроме того, вызывают кислотные дожди и смог. Закись азота, также известная как веселящий газ, тоже способствует глобальному потеплению.
Метан вырабатывается в ходе многих естественных процессов: часто приводят в пример газы в кишечнике и отрыжку у коров. Однако сейчас он в том числе высвобождается в результате оттаивания тундры и таким образом способствует еще большему повышению температуры.
Озон образует в стратосфере вокруг Земли естественный защитный слой, поглощающий солнечную радиацию. Одновременно в нижних слоях атмосферы это основной компонент смога: он получается при взаимодействии солнечного света с различными техногенными выбросами.
Помимо различных газов, существует много гербицидов, фунгицидов и инсектицидов, используемых для борьбы с вредными сорняками, грибками и насекомыми. Такие химические вещества также оказывают заметное влияние на восприятие запаха. И, наконец, многочисленные виды деятельности человека высвобождают ионы металлов, которые могут напрямую влиять на обоняние.
Изменения температуры воздуха и моря являются ключевыми признаками антропоцена. Повлияют ли они на то, как мы ощущаем мир? Повышение температуры окружающей среды может непосредственно воздействовать на состав аромата, поскольку количество отдельных веществ в смеси зависит от их летучести. Но в результате могут измениться и физиологические реакции отправителя и получателя.
Мир насекомых
В последние годы появились вызывающие тревогу исследования, показывающие, что насекомые исчезают. В некоторых регионах Германии, например, биомасса насекомых сократилась более чем наполовину10. Столь резкое изменение среды обитания имеет серьезные последствия и для людей. Популяции пчел снижаются, а это означает, что фруктовые деревья не опыляются и мед не производится. Также страдают шмели и некоторые другие полезные виды насекомых.
И это еще не все. Насекомые являются основой питания многих птиц, поэтому пернатым не хватает пищи. Может ли уменьшение численности насекомых быть вызвано воздействием газов и загрязнения на запахи и обоняние? Это кажется вероятным, по крайней мере частично. Несколько исследований различных систем показали, что запахи меняются из-за выделяемых нами газов.
Например, опыление насекомыми. Коэволюция на протяжении миллионов лет настраивала взаимодействие цветов и насекомых к их взаимной выгоде (ну, в большинстве случаев; см. главу 13). Насекомые используют внешний вид цветов в первую очередь для ориентирования на больших расстояниях, а запах – при приближении. Если насекомое находит цветок, оно опыляет растение и получает в награду нектар и пыльцу. Однако здесь мы имеем дело с уязвимой системой. Мы можем доказать эту уязвимость, нарушив близкое обонятельное взаимодействие между цветком и насекомым (подробнее об этом исследовании см. в главе 7).
Если аромат цветка исчезает, то и опыление не происходит, и насекомое не может собрать нектар. Но поскольку это очень уязвимая система, для прерывания связи достаточно не полного исчезновения, а просто изменения запаха. И именно это происходит в результате загрязнения атмосферы газами, особенно озоном.
Воздействие озона
Озон обладает сильным окислительным действием, то есть он запускает химические реакции в других молекулах. В ходе эксперимента в моей лаборатории табачные бражники летели к определенному цветку в аэродинамической трубе. Сначала мы смоделировали условия, существующие сегодня в природе. Бражники быстро нашли цветок, опылили его и забрали нектар. Затем мы подвергли цветок воздействию озона в повышенной концентрации и снова наблюдали за поведением бабочек. Теперь насекомые явно потеряли ориентацию и уже не могли найти цветы. Когда мы проанализировали, какие молекулы выделяются из бутонов, оказалось, что вместо некоторых из них возникло другое вещество с совершенно другим запахом.
При таких концентрациях озона, которые возникают в теплые дни в ряде регионов мира, эффективность опыления растений насекомыми заметно снижалась. В ходе наших экспериментов мы исследовали, может ли воздействие озона уменьшить умение насекомых приспосабливаться. Именно это мы и обнаружили.
Если бы мы предложили мотыльку «новый» цветочный запах вместе с мощными визуальными сигналами, однократного восприятия нового запаха вместе с наличием нектара было бы достаточно, чтобы бабочка в будущем летела к богатому озоном запаху и воспринимала его как сигнал присутствия пищи11. Как сказал Ян Малкольм в «Парке юрского периода»: «Жизнь всегда находит выход».
Однако в большинстве случаев выяснялось, что высокий уровень озона оказывает пагубное влияние на эффективность опыления пчелами, шмелями, мотыльками и другими насекомыми. То же самое относится и к другим газам – например, к выхлопным газам дизельных двигателей12. Очевидно, что мы должны сделать все возможное, чтобы ограничить выбросы таких газов и максимально сократить их количество.
В другом исследовании моя коллега Джеральдин Райт изучала воздействие современных пестицидов на пчел-опылителей. Неоникотиноиды, в настоящее время наиболее широко используемые в мире инсектициды, менее вредны для птиц и млекопитающих, чем старые карбаматы и фосфорорганические соединения. Считалось, что меньшие количества менее вредны для полезных пчел. Однако, когда Джеральдин изучала обонятельные способности у медоносных пчел, подвергшихся воздействию неоникотиноидов в очень низких концентрациях, было обнаружено, что они серьезно нарушены13. И в этом случае обонятельная коммуникация и навыки, лежащие в ее основе, пострадали от действий людей.
Роль температурных колебаний
Температура также влияет на жизнь насекомых. При более высоких температурах все молекулы запаха испаряются намного быстрее и все пахнет сильнее. Поскольку у насекомых отсутствует терморегуляция – им не хватает способности поддерживать стабильную температуру тела, – их физиологические функции обычно точно настроены на температуру их среды обитания. Обоняние не является исключением. Жук, живущий в пустыне, может лучше всего ощущать запахи при 40 ℃. Тогда как мои измерения обонятельных нейронов в усиках зимней моли показывают, что оптимальная температура для этих бабочек составляет около 10 ℃ и система практически не функционирует при 20 ℃. Таким образом, постоянное повышение температуры, вызванное изменением климата, напрямую влияет на обоняние насекомых и, предположительно, многих других нетеплокровных животных.
Кроме того, повышение температуры позволяет насекомым продвигаться в новые регионы. Хотя их распространение не имеет прямого отношения к восприятию запахов, очевидно, что несколько общеизвестных видов насекомых, ориентирующихся на запахи, стремительно развиваются. В главе 9 речь пойдет о малярийном комаре. Это всего лишь один из многих видов, распространяющих болезни по всему миру. В настоящее время мы наблюдаем, как он перемещается на новые территории – в Европу и Северную Америку. Распространение вируса Зика из Южной и Центральной Америки на юг США также произошло благодаря комарам рода Aedes. Другие болезни, такие как лихорадка Западного Нила и лихорадка Чикунгунья, также распространяются по мере проникновения комаров-переносчиков в новые регионы14.
В главе 10 мы рассмотрим обоняние жука-короеда. Всего десять лет назад эти жуки каждый год производили одно поколение потомства, то есть каждая самка оставляла шестьдесят новых жуков. Сегодня в Центральной Европе мы имеем дело с тремя поколениями в год, то есть на одну самку приходится три тысячи потомков, которые впадают в спячку, уничтожив большое количество елей.
Исследования насекомых продолжаются
Если мы хотим знать, что именно, когда, как и где происходит, нам, безусловно, нужны дополнительные исследования. Решив лучше понять, как антропоцен влияет на обоняние насекомых, я основал Центр химической экологии насекомых нового поколения Общества Макса Планка (NGICE), где объединил для исследований в этой области специалистов из трех учреждений: из моего отдела эволюционной нейроэтологии в Институте химической экологии Общества Макса Планка в Германии, Шведского университета сельскохозяйственных наук и группы, исследующей феромоны на кафедре биологии университета Лунда (также в Швеции).
Наша общая цель – изучить влияние изменения климата, парниковых газов и загрязнения воздуха на химическую коммуникацию между насекомыми. Таким образом мы хотим внести свой вклад в решение глобальных проблем, связанных с климатическим кризисом, голодом и болезнями15.
Запах пластика
В 1907 году в Нью-Йорке бельгийский химик Лео Бакеланд изобрел бакелит – первый пластик, изготовленный из синтетических компонентов. С тех пор производство пластмасс приняло огромные масштабы. Сегодня мировое производство пластика оценивается в 360 миллионов тонн в год. Но почему это имеет значение для обонятельного восприятия?
Как подробно рассказывается в главе 4, птицы используют обоняние для разных целей. Для морских птиц способность чувствовать запах диметилсульфида (ДМС) – важная часть их обонятельной функции. Это соединение высвобождается из измельченного фитопланктона, часто при потреблении зоопланктоном. Так что для птиц сернистый газ – верный признак того, что поблизости много еды.
К сожалению, то, что животные воспринимают ДМС как сигнал о наличии корма, в век пластика создает проблему. Когда пластик плавает в воде в течение нескольких месяцев, он также выделяет ДМС, тем самым обманывая морских обитателей и заставляя их поверить, что он съедобен16. По данным Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), мы ежегодно выбрасываем восемь миллионов тонн пластика в мировой океан17, и это, по примерным оценкам, более пяти триллионов крупных и мелких пластиковых частиц, и количество только увеличивается… Птицы по ошибке едят пластик, который забивает их пищеварительный тракт и в конечном итоге убивает их. Каждый год умирает около миллиона морских птиц, потому что их желудки полны наших пластиковых отходов.
Способность находить пищу в океане с помощью ДМС развилась не только у птиц. Тюлени и киты (см. главу 5), вероятно, используют ту же стратегию, подвергая себя таким же опасностям. При исследовании детенышей черепах у ста процентов этих крошечных существ уже был пластик в желудках18. Таковы серьезные экологические последствия массового производства одноразовых пластиковых предметов.
В Большом тихоокеанском мусорном пятне (одной из пяти свалок, обнаруженных в наших океанах) течения и ветра сгоняют выброшенный мусор (включая пластмассу и рыболовные снасти) на площадь примерно в два раза больше Техаса, или в три раза больше Франции, если сравнивать в масштабах Европы19. Поверхность воды в основном покрыта микропластиком. Согласно исследованиям, таких частиц уже может быть больше, чем зоопланктона, и они определенно нашли свой путь в Марианскую впадину, самую глубокую точку мирового океана20. Нетрудно представить, какую роль играет эта негативная тенденция в жизни птиц и других морских существ, которых привлекает запах.
Изменение обоняния
Помимо запаха диметилсульфида в воздухе, воздействующего на птиц и других животных, существует также антропогенное химическое загрязнение, распространяющееся по водным путям, океанам, озерам и рекам. Рыбы, ракообразные и другие обитатели водной стихии плавают в бульоне из искусственных молекул. Некоторые из этих молекул наносят ущерб животным и их экологическим системам.
Подобно нашим обонятельным нейронам, нейроны рыб подвержены прямому воздействию окружающей воды и всех растворенных в ней веществ. В том числе меди. Согласно исследованиям, высокая концентрация меди пагубно влияет напрямую на функцию обонятельных нейронов рыб, морских и речных ракообразных. При продолжительном воздействии нарушается нормальное поведение при спаривании и поиске пищи, обусловленное запахом21.
Чтобы защитить наши посевы, мы распыляем разнообразные пестициды, которые рано или поздно попадут в водоемы. Большинство владельцев садов для борьбы с сорняками используют гербициды, содержащие глифосат. В экспериментах это соединение препятствовало поиску корма рыбами даже в тех концентрациях, которые встречаются в природе, а функция обоняния у кижуча была нарушена22. Многие другие химические вещества также оказывают прямое влияние на поведение рыб. Поскольку некоторые виды лосося чрезвычайно важны с экономической точки зрения, было проведено множество исследований того, как пестициды влияют на это семейство рыб. Как выяснилось, большое количество промышленных химикатов, которые мы используем в сельском и лесном хозяйстве, влияет на сексуальное поведение рыб и на поиск ими корма (см. главу 5). Интересно, что циперметрин, который используется для защиты лосося от лососевых вшей в рыбоводной промышленности, также оказывал влияние на его поведение.
Другой пример – 4-нонилфенол, который широко используется в качестве смачивающего агента как в промышленности, так и на очистных сооружениях. Это соединение в настоящее время можно обнаружить почти в каждом водоеме по всему миру. Когда ученые подвергли социальные виды рыб воздействию 4-нонилфенола в концентрациях, встречающихся в природе, эксперимент имел серьезные последствия. Рыба больше не реагировала на феромоны, которые обычно вызывают образование косяков, и вместо этого демонстрировала противоположное поведение. По-видимому, загрязнение этим веществом напрямую влияет на поведение, касающееся как избегания хищников, так и поиска пищи23.
При изучении количества производимых нами химикатов и их влияния на природное химическое разнообразие становится ясно: рыбы и другие водные обитатели сильно страдают от них. В частности, из-за негативного воздействия на обоняние: иногда токсины окружающей среды напрямую нарушают обонятельную способность или оказывают косвенное влияние на поведение и на функции гормонов.
Человеческое обоняние
Вернемся в 1021 год и подумаем о собственном запахе. Как подробно рассказывается в главе 2, одна из крупнейших мировых индустрий процветает благодаря нашей вере в то, что от природы мы плохо пахнем. Духи и парфюмеры существовали в Индии, Египте и Месопотамии тысячи лет назад, но только в XVIII веке они стали популярны в Европе благодаря королю Франции Людовику XV и мадам де Помпадур. Эти двое стали законодателями парфюмерной моды, которой все хотели следовать. Но раньше, в 1021 году, большинство людей источали свой естественный запах.
Еще одна привычка, которая оказала большое влияние на запах нашего тела, – частое мытье и душ. Эти очистительные ритуалы также стали популярными в XVIII веке, когда вода впервые начала считаться полезной для здоровья даже в городах. Купание и использование мыла изменили микрофлору нашего тела, а вместе с ней и запах.
Вот почему в антропоцене мы пахнем меньше и иначе, чем люди в другие эпохи. Регулярно моясь, мы уменьшаем запах своего тела, а используя посторонние, сильно пахнущие вещества, кардинально его меняем. Дезодорирующие вещества, часто используемые в таких средствах, убивают микроорганизмы на нашей коже и таким образом серьезнее меняют наш запах.
Такое изменение, вероятно, означает и то, что мы можем получать меньше знаний о наших собратьях. В главе 2 и других частях этой книги на примере других видов рассказывается, что в запахах, которые мы испускаем, скрыто много информации. Значительная ее часть теряется в наших попытках замаскировать свое настоящее обонятельное «я».
Наше обоняние и антропоцен
Поскольку мы постоянно пытаемся скрыть свой запах, то рискуем потерять способность чувствовать запахи. Современный мир частично виноват в этой обонятельной дисфункции. Общепризнано, что плохое качество воздуха может привести к серьезным респираторным и сердечным заболеваниям, а вот нарушения обоняния, связанные с загрязнением воздуха, стали изучать лишь недавно24.
Кроме того, может существовать связь между загрязнением воздуха и риском психических расстройств или неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона или Альцгеймера. Плохое качество воздуха не является явной причиной таких неврологических расстройств, но исследования показывают, что риск возрастает, когда люди живут или работают в сильно загрязненных районах, особенно если в воздухе присутствуют частицы сажи25.
А как эти болезни связаны с обонянием? Аносмия (острая потеря обоняния) – часто один из первых признаков болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера. Также аносмия нередко связана с депрессией и биполярным расстройством (см. главу 2).
В этой области, безусловно, необходимы дальнейшие исследования. Но вполне вероятно, что существует связь между обонятельными нервами и потоком спинномозговой жидкости, которая работает как «подушка» вокруг нашего головного и спинного мозга, а также помогает выводить продукты жизнедеятельности из клеток головного мозга. По некоторым данным, спинномозговая жидкость покидает наш организм не только через лимфатическую систему, но и через носовую полость. Если наши обонятельные нервы или связанные с ними нервные пути повреждены – например, вследствие загрязнения воздуха, – это может вызвать и неврологические расстройства из-за эффекта домино. Однако научные выводы в этой области не окончательны и дальнейшая исследовательская работа еще продолжается.
Болезни и запах
Люди приручили животных несколько тысяч лет назад. Вероятно, первыми спутниками человека были собаки, за ними последовали свиньи, коровы, лошади и другие. В 1021 году многие люди делили кров не только с родственниками, но и с домашними животными. Соответственно, у них с животными были общие микроорганизмы, и это послужило причиной возникновения многих болезней.
По мере того как люди размножались и популяция увеличивалась, мы создавали оптимальную среду для распространения таких болезней, и некоторые из них напрямую влияли на обоняние. Последний пример – пандемия COVID-19. При этом, согласно актуальным данным, вирус распространился через китайские рынки, где люди имеют непосредственный контакт с живыми дикими животными и торгуют ими в очень стесненных условиях. Здесь у вируса были обширные возможности заразить множество снующих людей – а затем начать циркулировать по всему миру.
Среди симптомов, с которыми сталкивались большинство пациентов с COVID-19, – полная потеря обоняния и вкуса. Однако до сих пор до конца неясно, действительно ли исчезает именно вкус, потому что то, что большинство считает вкусом, в действительности является запахом в носу и горле. В любом случае исследования потери обоняния при COVID-19 сосредоточены как на периферии – носе, так и на центральном уровне, то есть на мозге. На сегодняшний день некоторые результаты указывают на то, что могут быть затронуты специфические поддерживающие клетки вокруг обонятельных нейронов в носу. Углубленное исследование также изучает влияние COVID-19 на обонятельную луковицу больных26.
Через несколько лет мы, вероятно, будем точно знать, какой механизм использует этот вирус для отключения обоняния у пострадавших. Какова бы ни была причина, ясно одно: привычка к сосуществованию людей и животных стала причиной передачи вредных микроорганизмов от одного вида к другому. Мы должны учитывать это в наших отношениях с животными. Это касается и диких животных, и домашних. Чем плотнее они обитают, тем легче распространяются болезни. Совсем другой вопрос – частое применение антибиотиков, с помощью которых в промышленном животноводстве достигается высокая плотность поголовья. Но исследование этой проблемы – тема для другой книги.
Глава 2
Человеческое обоняние и запахи
Человеческие запахи имеют много функций. Мы их ощущаем и издаем. Они притягивают и отталкивают, вызывают отвращение или желание и даже предупреждают нас об опасности и болезнях. Обоняние помогает нам воспринимать и интерпретировать химический мир вокруг нас, и во многих отношениях оно необходимо для нашей безопасной, здоровой и счастливой жизни. И все же мы склонны пренебрегать этим чувством или считать его пережитком первобытных времен.
Обоняние – не первое чувство, которое приходит на ум, когда мы хотим объяснить, чем отличаемся от других живых существ. Сначала мы вспоминаем про зрение и слух, за ними следуют осязание и вкус. В некоторых случаях даже наше так называемое шестое чувство – якобы существующая особая интуиция – кажется нам более важным, чем обоняние. Не слишком ли это примитивное чувство для нас, цивилизованных людей? Предпочтем ли мы сосредоточиться на четких границах, отделяющих нас от животных, вместо того чтобы принять, что они могут быть несколько размыты? Если мы признаем важность обоняния, некоторые из нас могут почувствовать себя похожими на животных, что вряд ли нам понравится.
Но, судя по тем огромным суммам, которые мы ежегодно тратим на средства для избавления от запахов – или окутывания себя запахами, – кажется, что для многих из нас важно обонять и источать правильный аромат. Это настолько важно для нас, что превратилось в многомиллиардную индустрию. Мы знаем об ароматах, которые специально покупаем, например духи или освежитель воздуха, но в основном не замечаем, как компании постоянно и незаметно подсовывают нам запахи, ароматизируя почти каждый потребительский продукт и окружающую среду.
Когда мы посещаем торговый центр, он обычно ароматизирован, и часто это фирменный аромат. Одежда, которую мы там покупаем, почти наверняка ароматизирована, и это тоже обычно аромат бренда. Даже если мы ничего не покупаем и просто хотим выпить чашечку кофе, соблазняющий нас запах кофе – это, вопреки нашим предположениям, не запах свежемолотых или заваренных зерен, а запах бренда кофе, который варит машина.
Флагманом этой обширной индустрии является корпорация International Flavors and Fragrances, или IFF27. Она продает ароматы цистернами, а не маленькими бутылочками, и создана не только для того, чтобы доставлять нам удовольствие или освобождать нас от неприятных запахов. Ароматы – это нечто большее, чем просто человеческое тщеславие.
Почему нос и ноздри на нашем лице занимают такое видное место, если обоняние не является необходимым для выживания?
В некоторых ситуациях оно действительно крайне важно. Обонятельное восприятие постоянно занято анализом. Оно отслеживает качество потенциальной пищи, проверяет окружающую среду на наличие возможных опасностей, а также позволяет нам испытывать тонкие нюансы удовольствия – например, когда мы едим клубнику, потягиваем любимое вино или обнимаемся с любимым человеком.
Аналитическую функцию нашего обоняния легко понять, если сравнить ее с нашим чувством вкуса. Вкус состоит из пяти рудиментарных ощущений (соленого, кислого, горького, сладкого и умами – высокобелковых веществ) и в основном служит для максимально быстрого и рефлекторного удаления вредных веществ изо рта. Обоняние же анализирует химические данные с помощью порядка четырехсот типов рецепторов и позволяет оценить хорошую еду, питье или другие ценные для нас вещи – или, наоборот, запустить реакцию избегания для плохих объектов.
Запах дает нам важную информацию для питания, безопасности и качества жизни. Потеря обонятельного восприятия – серьезная проблема. Его отсутствие может угрожать психическому здоровью, поскольку люди больше не получают удовольствия от еды, питья и жизни в целом. Они часто беспрестанно беспокоятся о своей личной гигиене и скучают по чувственному аромату близких. Тот, кто лишился обоняния, по-настоящему страдает.
