Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу бесплатное чтение

Начнем с эксперимента. Зажмите пальцами нос, пока жуете карамельку. Вы почувствуете сладость, но больше ничего. А теперь отпустите ноздри, сглотните и спокойно вдохните. Вы вдруг ощутите интенсивный фруктовый вкус карамели с нотами клубники или лимона. Это результат работы обоняния.

Возможно, вас удивит, что люди прекрасно справляются с распознаванием нескольких сотен тысяч запахов, особенно – ароматических компонентов еды и напитков. Нет хорошего научного объяснения, как мозг осмысливает запахи. Они привлекают нас или отталкивают, приводят в состояние расслабления или раздражения; однако мы не понимаем, как человеческий мозг придает смысл запахам или создает его. Не исключено, что именно поэтому нюх часто и безнадежно нас подводит.

В книге мы рассмотрим популярные заблуждения о человеческом обонянии и новые данные, которые, скорее всего, изменят ваше представление о том, что отбирает наш нос для обработки мозгом и восприятия разумом. Анализируя, что и откуда ученые знают о запахах, мы вернемся к классическому вопросу из области чувственного восприятия: что нос сообщает мозгу и как мозг это понимает? Хотя ответ все еще не найден, данная книга предлагает современное философское и историческое погружение в эту пока нерешенную нейробиологическую загадку. «Философия запаха» покажет неопределенность и неполноту современных знаний об обонянии, включая теоретические представления о субъективном восприятии запаха и его связи с познанием. Это прекрасная площадка для демонстрации конкурирующих мнений о чувствах как способе связи с реальностью. Пришло время взглянуть на обоняние как на новую модель отражения мозгом сенсорной информации и природы восприятия в целом.

Запах – чрезвычайно изменчивое ощущение. Его воспринимают неодинаково как разные люди, так и один человек в разной обстановке. Из-за непостоянства качественных характеристик обоняние кажется субъективным. По этой причине некоторые считают, что нос не может быть надежным свидетелем объективной реальности. Однако в настоящее время такое мнение признано ошибочным. Нашему нюху можно доверять в гораздо большей степени, чем мы думали. Недавние открытия в области обоняния позволили иначе взглянуть на чувственное восприятие, включая объективные основы нашего субъективного опыта. Жесткое разграничение между субъективностью и объективностью чувств – следствие ортодоксальных философских идей, не опиравшихся на знания о мозге. Современные теории о мозге и разуме продолжают существовать в ограниченных рамках, поскольку редко рассматривают то, чего не видно с первого взгляда.

Примером устойчивой системы в изучении чувств остается зрение. И неудивительно. Философская традиция была сосредоточена на понимании того, что можно увидеть глазами. Ученые узнали о зрительных механизмах больше, чем о каких-либо других. В конце 1950-х и в 1960-х годах успехи в изучении системы зрения привели к появлению идеи картирования мозга, которая продолжает определять развитие нейробиологии и усиливающиеся междисциплинарные дебаты о философском смысле новых данных. Зрительная парадигма основана на топологии и предполагает, что внешние раздражители отражаются в виде локальных схем возбуждения нейронов в определенных функциональных отделах мозга. Соответственно, специализированные отделы мозга создают и обрабатывают наше восприятие конкретных характеристик – ориентации, формы или цвета предмета. Организационный принцип работы мозга обнаружен и в других сенсорных системах, таких как слух. Если бы мы заглянули в ваш мозг и увидели активность определенных областей слуховой коры, то поняли бы, высокий или низкий звук вы сейчас слышите.

Восприятие цвета с помощью зрения и звука с помощью слуха основано на конкретном стимуле (длина волны электромагнитного светового спектра для зрения и давление воздуха для слуха), который можно линейным образом отобразить в виде карты возбуждения нейронов. Обонятельные стимулы многомерны. Качество запаха определяется химическими веществами с разной структурой с тысячами молекулярных различий. Мы пока не знаем, как человеческий мозг использует нейронное пространство для кодирования такого спектра непространственных стимулов. До настоящего времени мы не смогли обнаружить никакой карты запахов в коре головного мозга. Остается открытым вопрос даже о возможности существования такой карты.

Запахи подразделяют на несколько классов, например, чесночный, горелый, цветочный или растительный; их число в каждой категории фактически не ограничено. В отличие от зрения и слуха, физические стимулы обоняния не имеют строгой и понятной классификации. Это связано не с кажущейся субъективной природой запахов, а скорее с молекулярной сложностью обонятельных стимулов. Вероятно, вполне логично выделять элементы зрительных образов, такие как форма, расположение и перемещение, и отражать их на карте функциональных отделов мозга, но гораздо менее очевидно, как выделять обонятельные элементы источников запаха, таких как яблоко, чеснок или моча, и наносить их на карту различных отделов мозга. И это еще более справедливо, если учесть, что связь качественных элементов с физическим строением молекул все еще однозначно не установлена.

Восприятие запаха вовлекает нас в переживание многих типов чувственного опыта. Например, хотя мы знаем, что ощущаем запахи носом, мы чувствуем их во рту. (Ученые, изучающие сенсорное восприятие, называют это «оральной перелокализацией».) Возможно, вы испытывали состояние, когда запах буквально находится у вас «на кончике носа»: вы не можете его назвать или определить, даже если он вам знаком. «Подождите, у меня вертится на языке. Я знаю этот запах!» Кроме того, восприятием запаха очень легко манипулировать через вербальное воздействие и другие сенсорные стимулы. Специалист по винам может уловить ноты ванили, которые вы не унюхали, но зато сразу узнаете после его подсказки. В зависимости от контекста восприятие идентичных ароматических смесей может отличаться. (Сумеете ли вы с завязанными глазами различить запахи грязных ног и пахучего сыра?) Мы рассмотрим эти вопросы, чтобы понять, что такое запахи и какого рода вещи или свойства внешнего мира они отражают. Или в научной терминологии – какую перцептивную информацию передает запах и какие нейронные корреляты обрабатывают эту информацию в мозге.

Современная модель для сенсорной нейробиологии

Научная история обоняния удивительно коротка. Обоняние стало одним из основных направлений развития нейробиологии почти мгновенно – в 1991 году после открытия Линдой Бак и Ричардом Акселем генов обонятельных рецепторов. Редко какое-то научное открытие в такой степени формирует целую область, как произошло в этом случае. В 2004 году Бак и Аксель за свою работу были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Выяснилось, что обонятельные рецепторы составляют самое обширное семейство белков, закодированных в геноме большинства млекопитающих (за исключением дельфинов) и обладают множеством важных свойств для анализа связей между структурой и функцией в поведении белков. Обонятельные рецепторы относятся к надсемейству белков, называемых рецепторами, сопряженными с G-белком[6], которые вовлечены в самые разные биологические механизмы – от зрения до регуляции иммунного ответа. Обнаружение генов рецепторов наконец обеспечило возможность подойти к направленному анализу сигнальных путей обработки запахов в головном мозге.

Значимость открытия обонятельных рецепторов отражается в невероятной скорости, с которой начали обнаруживаться генетические данные. Одним махом это открытие позволило пересмотреть целый ряд необоснованных, но устоявшихся постулатов о смысле запаха. Включая представления, что у обоняния не очень сложный молекулярный механизм, что обоняние у людей переживает эволюционный спад и что обонятельные пути составляют небольшую и странную систему, подчиняющуюся иным принципам причинности, чем другие сенсорные системы. В целом общее мнение сводилось к тому, что мы немногое можем почерпнуть из запаха и его влияния на работу других сенсорных систем. Как же это далеко от истины!

Необходимость создания теории восприятия запахов, учитывающей специфику обоняния, возникла относительно недавно. Развитие технологий определяет состояние современной науки, которая в значительной степени опирается на инструменты, позволяющие видеть невидимое и измерять неопределенное. Главная причина, почему изучение запаха почти не отразилось в истории науки, очень проста. Природа запаха такова, что его трудно измерять. Представьте себя в роли экспериментатора XIX века. Как бы вы подошли к постижению смысла запаха? Какие бы инструменты вы использовали? Как бы вы сделали видимым быстротечное и изменчивое впечатление от запаха, материализовали его физические превращения, определили его происхождение и провели над ним контролируемый эксперимент? Наконец, как бы вы вообще приступили к определению и сравнению восприятия разных запахов? Суть проблемы в 1914 году выразил Александр Грэхем Белл:

Вы когда-нибудь пробовали измерить запах? Вы можете сказать, что один запах ровно в два раза сильнее другого? Вы можете измерить разницу между двумя запахами? Совершенно очевидно, что существует множество типов запахов – от фиалок и роз до асафетиды[7]. Но пока вы не сможете измерить их сходство и различие, никакая наука о запахах невозможна. Если вы хотите развивать новую науку, измерьте запах[8].

До 1991 года обоняние не было привлекательным направлением экспериментальных исследований: оно не обещало славы в летописях науки. Учеными, занимавшимися изучением запахов, двигали любопытство и увлеченность. Но после обнаружения генов рецепторов это поле деятельности начало открываться для молекулярной биологии и нейробиологии. Вдруг появилось финансирование. Стало возможным применять важные технические методы, проводить более тщательные эксперименты, в научное сообщество потянулись новые люди. Сфера начала меняться, наметились существенные сдвиги во взглядах на специализацию и значительный прогресс. Сегодня мы находимся в центре этих превращений.

За пару последних десятилетий мы узнали об обонянии больше, чем за все предыдущие века. Но вместо окончательных выводов о его механизмах мы пришли к гораздо более глубоким вопросам; теперь эти вопросы заставляют нас пересмотреть основные предположения о восприятии запаха. Именно здесь встречаются наука и философия.

Философ за лабораторным столом

Насколько трудно на самом деле расшифровать коды носа? Я все еще помню день, когда начал осознавать истинный масштаб проблемы. В январе 2014 года я в сильном возбуждении ехал из Вены в Великобританию на первую встречу со специалистом по обонянию. Эта встреча обещала стать необычной по нескольким причинам. Во-первых, Стюарт Фаерштейн – нетипичный ученый. Прежде чем стать известным нейробиологом, он был директором театра в Филадельфии, и лишь потом заинтересовался историей науки. Во-вторых, в то время я сам еще не был ученым. Я лишь недавно защитил диссертацию по классификации запахов на основании исторических и философских данных. Все произошло быстро. Несколькими неделями ранее мой бывший рецензент на защите, несравненный Хасок Чанг, вдруг связался со мной: «Ты знаешь человека по имени Стюарт Фаерштейн? Сейчас у него творческий отпуск в Кембридже, и я думаю, вам стоит побеседовать».

Кто мог подозревать, что через полтора года я буду работать в лаборатории Фаерштейна в Колумбийском университете? Этот союз был заключен на небесах, я трудился у него следующие три года. Наша первая встреча закончилась в пять утра и, возможно, продолжалась бы дольше, если бы у нас был бесконечный источник энергии. После нескольких пинт пива я выяснил, что не только молекулярные механизмы запаха намного сложнее, чем думали раньше, но и не исключено, что система обоняния работает не так, как представляли на протяжении последних десятилетий! События в науке об обонянии развивались быстро – настолько быстро, что можно было наблюдать, как часть истории науки создается в прямом эфире и в реальном времени. Меня это заворожило.

Появилась невероятная возможность говорить с людьми, которые формировали новую сферу исследований, проводить важнейшие эксперименты и работать в первых рядах, прорываясь к научному пониманию основополагающего вопроса: что знает нос? Чтобы передать дух времени, повествование в данной книге концентрируется вокруг записанных мною бесед с учеными, работавшими и работающими в этой области науки. Форма этих встреч с многочасовым обсуждением обоняния и его загадок в прошлом и настоящем каждый раз была разной. Это были беседы за кофе на конференциях, за пивом в баре, за лабораторным столом или по телефону. Одни длились около часа, другие – по нескольку дней, с бессонными ночами и долгими автомобильными переездами. Эти записи – неформальные свидетельства интеллектуальной динамики и открытости данной области исследований. Как выразился Пол Бреслин из Центра химических чувств[9] Монелла во время сороковой встречи Ассоциации хеморецептивных наук (AChemS): «В этой области нет дисциплин. Нас объединяет общий вопрос».

Создание книги, в которой звучат голоса тех людей, кто сам сформировал ее содержание, разрушает границу между научными публикациями и практикой исследовательского процесса. Это позволяет увидеть науку в действии. Представление о том, что научный метод основан на проработке гипотез, даже близко не отражает реальность, состоящую из проб и ошибок, тупиковых решений, творческих прорывов после неудач и неизвестности, а также из обсуждений, с которыми связана экспериментальная наука[10]. Скорость развития современной науки заставляет внимательнее приглядеться к изменчивой природе гипотез, объяснений, доказательств и точности.

Итак, книга не только рассказывает об обонянии, но также приглашает поразмышлять о науке в ее практическом проявлении. Традиционные представления о развитии науки основаны на знаменитой книге Томаса Куна «Структура научных революций», вышедшей в 1962 году. Идеи из этой книги повлияли на несколько поколений ученых и философов, перенявших у Куна идею о том, что рутинная научная деятельность заключается в «заполнении пробелов в данных» в рамках основных теорий своего времени – пока не произойдет революция.

Но что если мы стоим прямо в авангарде научной сферы, среди открытых вопросов и современных изменений? Из лабораторных окопов можно увидеть обычную науку в другом ракурсе, подчеркивающем ее более динамичную и изыскательскую природу. Как выглядит научный прогресс вблизи, на передовой экспериментальных исследований? Именно с этого вопроса я начал работать над книгой. И подобно науке, о которой рассказывает книга, вопрос тоже начал быстро эволюционировать.

Создание «Философии запаха» побудило меня согласиться с доводом Патриции Черчленд из ее знаменитой книги 1986 года «Нейрофилософия: Если вы хотите понять разум, вы должны понять мозг»[11]. Пол Черчленд руководствовался аналогичной идеей в нейроинформатике, а Джон Бикл развивал эту концепцию в качестве психонейронной теории[12]. Нейробиология XX века произвела революцию в нашем понимании мозга как источника разума, поставила под сомнение многие традиционные философские представления о познании и его механизмах. Мы должны не встраивать научные открытия в существующие философские концепции, а делать наоборот. Какие потенциально новые философские вопросы о мозге и разуме возникают в результате впечатляющего прогресса нейробиологии? В этом контексте обоняние предоставляет замечательную возможность подвергнуть такую философскую программу дополнительным проверкам.

Из воздуха в мозг и в разум

В десяти главах книги представлена комплексная перспектива изучения обоняния, которая также позволяет рассуждать о восприятии в более общем плане.

Повествование развивается вокруг четырех основных тем: история, философия, нейробиология и психология. Эти подходы, которые редко сочетаются между собой, содержат ключи к разгадке: психологические явления – это результат нейронных процессов, а их общему объяснению способствует философский взгляд, основанный в том числе на истории исследований.

Сначала мы рассмотрим развитие научного интереса к обонянию. В первой главе «История носа» речь идет о далеком прошлом – от древних философов до появления в середине XX века научного сообщества, занимающегося изучением обоняния. Ранние и почти забытые результаты экспериментальных исследований обоняния отражают интересную и неизвестную историю творческого развития научного поиска. Кроме того, они подчеркивают важность ключевого элемента теорий обоняния, который как раз в них отсутствует: речь о понимании биологии сенсорного пути. Вторая глава «Современная теория обоняния: на перепутье» рассказывает о том, как обоняние стало частью общего направления нейробиологических исследований в результате открытия обонятельных рецепторов. Здесь показано состояние нашего современного научного понимания запаха и обонятельных путей в общем контексте исследований мозга, концентрирующихся вокруг изучения зрительной системы. На данном этапе возникает проблема, которая пока не разрешена: имеет ли смысл строить модель обоняния на основе нейронной карты запахов?

Чтобы это понять, необходимо ответить на важнейший вопрос: что же такое на самом деле запах? Это подводит нас к философскому взгляду на характеристики обонятельного восприятия. В следующих главах мы поговорим о том, что запах оказывает куда большее влияние на познание и поведение, чем принято считать. В третьей главе «Носовой интеллект: запахи и познание» рассмотрена роль запахов в качестве составляющих элементов разума. Восприятие запаха находится на границе между осознанным и неосознанным восприятием. Так что же такое запахи как ментальные объекты? Несет ли запах концептуальную информацию? Если это так, какой тип сущностей из окружающего мира передают запахи?

Далее в четвертой главе «Как поведение зависит от химии: аффективная природа запаха» восприятие запаха рассматривается со взаимодополняющих точек зрения биологии и социального поведения. Обоняние имеет сильный аффективный аспект. Запахи влияют на наше настроение и вызывают физиологические и эмоциональные реакции; некоторые виды обонятельного опыта создают устойчивые ассоциации с конкретными воспоминаниями. Восприятие запаха имеет множество функций, в том числе поведенческих. Как объяснить эти разнообразные эффекты?

Пятая глава «Через воздух: от носа к мозгу» предлагает разные пути для поиска ответа на этот вопрос. Обсуждение строится на примере пространственного ориентирования по запаху, объясняемого через представления о химических стимулах, физиологических процессах (как мы нюхаем), нейронной топологии[13] и субъективно воспринимаемом пространстве. Чтобы понять, каким образом запахи преобразуются в ощущения, нужно внимательнее изучить устройство обонятельной системы.

В шестой, седьмой и восьмой главах мы рассматриваем запахи с точки зрения нейробиологии. Мы проанализируем все структуры обонятельной системы – от обонятельных рецепторов в обонятельной луковице вплоть до обонятельного отдела коры, где мы находим главную часть ответа на вопрос, почему обоняние противоречит современным представлениям нейробиологии, основанным на зрительной парадигме. Обонятельный сигнал приходит в зашифрованном виде – настолько, что нейронная топология не имеет никакого сходства с топологией химических стимулов. И это подрывает идею, что наши ментальные процессы в том или ином виде являются отражением физических структур. Восприятие не отражает мир, оно его интерпретирует.

В частности, в шестой главе «Молекулы для восприятия» рассказывается, почему модели стимул/ответ, не учитывающие механизмы действия рецепторов, обречены на провал. Тому есть две причины. С одной стороны, обонятельные рецепторы не реагируют на свойства молекул так, как следует из законов органической химии. С другой стороны, два молекулярных механизма на уровне рецепторов расчленяют сигнал, приводя к значительной сенсорной неопределенности.

В седьмой главе «Анализируем луковицу» оспаривается традиционное представление о том, что обонятельная луковица имеет хемотопическую карту, под которой подразумевается систематическое отражение свойств химических стимулов. Анализируя эволюцию луковицы, мы развенчиваем распространенную идею, что функция луковицы определяется ее пространственным строением.

В восьмой главе «Измеряем запахи не по карте» предлагается альтернатива традиционному представлению о первичной сенсорной коре. Для этого мы ответим на вопрос: если мозг не использует карту стимулов для обработки обонятельных сигналов, какая другая модель может описать механизмы обоняния? Анализ грушевидной коры[14] и ее многочисленных связей с соседними отделами мозга позволяет в качестве варианта рассмотреть временные картины активации нейронов для классификации запахов. Вывод: обонятельный мозг гораздо больше напоминает измерительный инструмент, чем карту.

В девятой главе «Восприятие как навык» говорится о том, как новые нейробиологические данные соответствуют психологическим объяснениям перцептивного[15] обучения и мастерства. Здесь показано, что вариабельность изначально заложена в процесс восприятия запахов. То, что люди по-разному воспринимают и описывают запахи, объясняется не только субъективностью опыта. Субъективность подразумевает отсутствие объективных измерений. Однако вариабельность обонятельного восприятия связана с причинными факторами, такими как генетика рецепторов и разветвленность системы обонятельных нейронов. Наш нос настроен на то, чтобы измерять мир по шкале, созданной нашим ментальным опытом и физиологическими условиями. Эти процессы имеют объективную основу, что показано на примере экспертов в парфюмерии и виноделии. Кажущиеся странности обонятельного восприятия легко объясняются совершенствованием наблюдений и накоплением навыков, основанных на нескольких конкретных когнитивных механизмах.

Наконец, десятая глава «Вывод: нос как окно в мозг и разум» рассматривает обоняние в рамках более широкой картины, с общими теоретическими рассуждениями о восприятии и мозге.

Вопрос, как мозг руководит носом при интерпретации информации и осуществлении наилучшего выбора, интересен и очень сложен. По этой причине, хотя книга демонстрирует науку на текущем этапе, она также рассказывает о будущем. Она заканчивается там, где зарождаются новые перспективы для развития науки и философии запаха.

То, что современная наука обоняния быстро продвигается вперед, становится очевидным, когда мы сравниваем ее с тем, как нос изучали в прошлом.

Научную биографию обоняния можно сформулировать в одном предложении: запахи всегда являли собой онтологическую проблему. В первую очередь, запахи представляли интерес для объяснения других явлений, таких как поведение животных или опыление цветов. Однако свойствам запахов как таковых не уделялось большого внимания. Характеристики обоняния трудно описать и измерить. Научные эксперименты по восприятию запахов никогда не приводили к однозначным ответам.

Исторические записи показывают, чего не хватало в наших попытках понять обоняние. По сути, они демонстрируют наши упущения. А недоставало анализа на уровне организма – целостного исследования, начинающегося с сенсорной системы, придающей смысл запаху. Исторически при изучении запахов внимание обращали на предметы, источающие запах и являющиеся его материальной основой. До сих пор анализ запаха нередко начинают с характеристик физических стимулов, чтобы определить их влияния на восприятие. Эта стратегия оказалась успешной при исследовании других чувств, но в случае обоняния ее стали применять лишь интуитивно. Прошлые исследования не дали выдающихся результатов, и, возможно, пришло время пересмотреть реальные достижения этого подхода и заново оценить видение, сконцентрированное на источниках запаха, анализируя современные знания в исторической перспективе. Эти записи об исследованиях запаха также раскрывают интересную и неизвестную историю творческого научного мышления.

Древние времена

История большинства наук начинается с древних греков, и наша не исключение. Теории запаха зародились еще во времена Аристотеля и Платона, задолго до эпохи Возрождения, когда возникла современная наука. В соответствии с ранними представлениями все в мире состоит из четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Эта теория, выдвинутая Эмпедоклом, объясняла весь порядок вещей. Каждому элементу соответствовало его естественное место в великом космосе, а свойства элементов определяли все сущее на земле. Огонь был сухим и жарким, воздух – жарким и влажным, вода – влажной и холодной, а земля – холодной и сухой.

Как запахи вписывались в это видение мира? Было замечено, что запахи проделывали большое расстояние от источника до того, кто их воспринимал. Например, стервятники могут издали обнаруживать падаль. Однако не было понятно, какая материя позволяла осуществлять такую эффективную передачу. Нужна ли среда для передачи запаха? Учитывая неопределенную и невещественную природу запаха, древние философы не уделяли значительного внимания человеческому обонянию, и его обсуждение не занимало важного места в их трудах. Большинство мыслителей сходились в том, что нюх играл ключевую роль в жизни животных и второстепенную в жизни человека. Немногие рассуждения об источниках запаха сводились к двум противоположным концепциям реальности: запахи – это либо частицы, либо волны.

Первые представления о запахах были атомистическими[16]. Демокрит и позднее римский философ Лукреций рассуждали о приятности запахов. Они считали, что приятные запахи вызваны округлыми частицами, а неприятные – угловатыми, например, треугольными. Но на пути распространения этой идеи немедленно возникло препятствие: как объяснить, что одна и та же пахучая жидкость может вызывать разные реакции с разной степенью воздействия?

Платон обошел эту проблему. Он считал, что запахи являются результатом физического перемещения мелких частиц. Четыре элемента сами по себе не обладали запахом, и поэтому эти свойства должны были возникать в результате материального превращения элементов в пары или газы при трансформации воды и воздуха. В диалоге «Тимей» Платон анализировал запахи в качестве промежуточных, гибридных сущностей, не имеющих конкретного воплощения. Из-за химерного строения запахи нельзя распределять по естественным категориям, а можно лишь характеризовать по гедоническому признаку удовольствия. Примечательным элементом идеи Платона остается отчетливое понимание запаха как свидетельства изменения материи. Представление о запахе как о показателе превращения элементов предполагало форму чувственного суждения о зависимой и изменчивой природе материи.

Аристотель не соглашался с теорией паров, отмечая, что рыбы определяют запахи в воде. Он не критиковал напрямую своего учителя Платона, но нападал на Гераклита, имевшего аналогичные взгляды. В труде «О чувственном восприятии» Аристотель говорил о необходимости среды и о волновой природе запаха. Эта идея была основана на метафизических представлениях Аристотеля, приведших его к мысли о невозможности существования вакуума (horror vacui[17]). Волны запахов передают информацию, действуя как формальный стимул на водную или воздушную среду. В метафизике Аристотеля любой предмет представляет собой сочетание двух факторов – материи (hulê) и формы (morphê), а их взаимодействие описывается теорией гилеморфизма[18]. С этой точки зрения качественные вариации запахов основаны на разном материальном содержании волн.

Важны две идеи Аристотеля. Первая – разграничение в человеческом обонянии двух типов запахов. В труде «О чувственном восприятии» Аристотель признавал, что некоторые запахи обладают случайными характеристиками. Их гедонические свойства связаны не с их источником, а зависят от наблюдателя; например, аромат пищи приятнее, когда человек голоден. Другие запахи изначально приятны или неприятны вне зависимости от состояния наблюдателя. Эти запахи – свойства вещества, не имеющие отношения к человеческим желаниям. Второй тип запахов, таких как цветочный аромат – эстетический.

Кроме того, Аристотель указывал на когнитивную составляющую в восприятии запаха и вкуса. Они «приводят в действие способность восприятия, которая прежде существовала только потенциально. Таким образом, чувственное восприятие аналогично не процессу получения знаний, а использованию ранее приобретенных знаний»[19]. Возможно, именно из-за связи с воспоминаниями запахи не подходили для философских исследований основ реальности.

Запахи как объективные свойства рассматривались в садоводстве и медицине. Ученик Аристотеля Теофраст исследовал терапевтическую силу запахов. В «Исследовании растений» он давал систематические советы об излечении от недугов с помощью ароматного сока растений, например, предлагал использовать капусту для избавления от похмелья и «удаления паров пьянства»[20]. Теофраст называл восемь видов пахучих жидкостей: сладкие, маслянистые, бродильные, вяжущие, едкие, соленые, горькие и кислые. В некоторых из этих групп были дополнительные подгруппы, например, четыре варианта сладких соков.

Далее Теофраст описывал различные материальные эффекты запахов. Запахи (сухие элементы) возникали при испарении влажных элементов. Запахи растительных соков представляли собой смесь сухих (земля) и влажных (вода) компонентов. Такая классификация объясняла, почему растения могут различаться по запаху и вкусу: например, почему некоторые пахучие вещества имеют горький вкус, а сладкие вещества часто не имеют запаха.

Для медицинского применения было важно, что кроме зависимости от дозы некоторые запахи и вкусы полезны для одних организмов и вредны для других – в соответствии с их конституцией. Это противоречило мнению Аристотеля, который полагал, что любое вещество характеризуется парой противоположных сущностей. Аристотель считал, что запахи либо обладают хорошими «природными свойствами» (такими как сладость), либо имеют вредные недостатки, составляя отрицательную пару своему положительному аналогу (горькое противоположно сладкому). Однако Теофраст рассматривал влияние запахов в связи с воспринимающим их организмом и параллельно с элементным составом растений.

Таким образом он связывал различия в восприятии запаха с конституцией наблюдателя. Эта композиционная теория запаха подтверждалась наблюдениями, что некоторые свойства (такие как жгучесть или сладость) присущи и приятно, и неприятно пахнущим веществам. Идеи Теофраста можно рассматривать в качестве ранней гипотезы, объясняющей влияние смесей. Его описание запахов во фрагменте VI трактата «Причины растений» весьма обширно, хотя и не структурировано. Из его идей не выросла истинная теория запаха.

Средневековье

На протяжении Средних веков, когда общество приравнивало чувства к грехам, запахи приобрели весьма дурную репутацию[21]. Запахи указывали на моральные качества, выявляя истинную сущность вещей. Во многих трактатах, созданных по божественному промыслу, приятные запахи и моральные ценности контрастировали с нечистыми запахами и пороками. Серные пары ада, испарения распадающейся плоти и гниющих фруктов или зловоние болезней, данных в наказание за греховное поведение, противопоставлялись цветочному аромату – знаку красоты божественного творения, с пестревшим цветами раем и религиозными ритуалами, сопровождавшимися курением фимиама. Даже в смерти «запах святости» указывал на святого или мученика. Вместо зловония распадающейся плоти из могилы святого доносился приятный сладкий аромат, напоминающий запах меда или душистых цветов и трав.

Запахи олицетворяли осязаемые сигналы духовного порядка, отражали природные законы. Теологическое исследование было неотделимо от ранних донаучных исследований космоса, и в этом контексте для средневекового мышления запахи представляли всеобъемлющую материю реальности. Запахи обеспечивали переход между телесным и нематериальным миром и выходили за пределы ближайшего физического окружения, сообщаясь с миром скрытых смыслов и причин.

В качестве отражения внутренних сущностей запахи служили бесценным инструментом для врачей. Средневековая медицина строилась главным образом на гуморальной теории греческого врача Галена. Здоровье и болезнь определялись соотношением четырех жидкостей организма (крови, флегмы, желтой желчи и черной желчи), соответствовавших четырем основным элементам (воздуху, воде, огню и земле). Каждой паре приписывалось особое свойство. Их соотношение отвечало как за темперамент, так и за физиологию человека. Кровь отвечала за смелость, флегма – за спокойный нрав, желтая желчь – за амбиции или беспокойство, а черная желчь – за аналитические способности[22]. Тело представлялось как система естественных проявлений, дававших возможность понять невидимые психологические процессы. И запах был важнейшим элементом этой системы. Ароматы, соответствующие гуморальному составу человека, были приятными, а противоречащие – неприятными.

Врачи воспринимали запахи в качестве диагностического инструмента и средства для восстановления баланса гуморальных жидкостей и настроения. Популярная схема «колесо мочи» позволяла классифицировать недуги пациентов по запаху, цвету и (да!) вкусу экскрементов. Как и другие медицинские изобретения, эта практика привлекала шарлатанов, использовавших человеческую мочу в предсказательных целях. Таких шарлатанов называли «мочевыми пророками» (это выражение впервые упоминается в документах 1655 года)[23].

Средневековый интерес к передаче запахов был ограниченным и являлся частью общей дискуссии о древней космологии, причем большинство ученых предпочитали аристотелевскую версию среды платоновским парам. Теорию Аристотеля поддерживало круговое распространение запаха и тот факт, что трупы привлекали хищников на большом расстоянии даже в отсутствие ветра. Андалузский эрудит Аверроэс (Ибн Рушд) также отмечал, что пчелы определяют запах, не вдыхая воздух. Аверроэс выделял два типа чувственно воспринимаемых сущностей: материальные сущности (esse corporale) и нематериальные сущности (esse spirituale); первые воспринимались органами чувств, вторые – душой[24].

Большинство схоластов, включая Фому Аквинского и Петра Испанского (автора «Scientia libri de anima»), верили в волновую теорию запаха. Средневековые ученые разделяли аристотельскую идею о боязни пустоты. Только доминиканский монах и естествоиспытатель Альберт Великий пытался объединить противоречащие друг другу представления Аристотеля и Платона о запахе. В труде «О душе» («De anima») Альберт Великий высказал гипотезу, что частицы Платона были истинной причиной запаха, прежде чем превращались в духовные качества, попав через воздушную среду в сенсорные пути. Он связал свой аргумент с наблюдениями за частицами ядовитых паров. Альберт Великий отстаивал многоступенчатую теорию восприятия: органолептические качества отделялись от материальной формы в результате умственной обработки в органах чувств[25]. Однако в теориях запаха все же превалировала идея о наличии среды.

Спорили лишь о том, как волны играют роль среды. Персидский ученый Ибн Сина, известный в Европе под именем Авиценна, предлагал три объяснения. Возможно, частицы смешиваются со средой (воздухом или водой). Или запах возникает в результате материальных изменений среды. Или, возможно, среда переносит запахи как информационные волны. Авиценна классифицировал обонятельные ощущения по степени приятности (рядом со шкалой сладкого и кислого). Более необычной была его идея, что кроме ощущаемых свойств (sensibilia), запахи также отражали такие важные качества как форма, количество, движение или покой[26].

А что было известно о физиологии обоняния? Средневековые представления об обонятельных путях и особенно об обонятельных нервах оставались путаными. Обонятельные нервы были открыты Галеном в античные времена, но поначалу исключались из группы нервов головы. Ситуация была исправлена только Каспаром Бартолином Старшим в XVII веке[27].

Средневековых теорий о физиологии запаха немного, но есть одно важное исключение – теория францисканского монаха XIII века Бартоломея Английского. Бартоломей пересмотрел анатомические данные об обонятельных путях и подкорректировал наблюдения Константина Африканского (врача XI века, известного переводами арабских медицинских текстов), полагавшего, что функция одной ноздри – в затягивании воздуха в нос, а другой – в выдыхании излишков. Бартоломей утверждал, что в ноздрях есть проводящая ткань, выступающая из мозга наподобие сосков и превращающая вдыхаемые сухие пары в душевную сущность. Далее Бартоломей предположил, что запахи действуют на мозг напрямую. Современный историк Крис Вулгар объясняет: «Нос служил путем для проведения запаха в мозг; отделявшая нос от мозга кость была пористой, и, чтобы запах ощущался, воздух должен был проходить через два отростка от лобных полостей мозга», так что «в случае запаха сам мозг являлся органом чувств»[28].

Но средневековый мир начал угасать, и античная теория о четырех элементах распалась. В результате произведенной Коперником революции в физике Вселенная перестала быть ограниченной. Вместо представлений о замкнутом мире возникла идея о безграничной Вселенной. Как следствие, в эпоху Возрождения и раннего Нового времени возникли новые возможности для изучения природы. Космос и космические объекты потеряли свое исходное положение и оказались неопределенными и неограниченными по содержанию. После падения древней онтологии старые идеи стали совмещаться с новыми. Поднялись прежние вопросы о количестве элементов и их принадлежности. Если не существует фиксированного метафизического порядка, определяющего элементную основу вещей, к чему относятся запахи?

Новое время

Научный интерес к запахам значительно возрос в XVIII веке с развитием ботаники. Центральную роль в этом сыграл основатель современной таксономии[29] шведский ученый Карл Линней. Его чрезвычайно увлекала классификация всего, что он встречал на своем пути: растений, животных, минералов и даже собственных коллег. Успех линнеевской системы классификации объяснялся иерархической интеграцией отдельных разнородных элементов в общие категории. Полезным оказалось изобретение бинарной номенклатуры с тщательным разделением элементов по родам и видам. Линнеем двигало амбициозное желание разработать систему, которая включала бы в себя все сущее. Он почти преуспел. Установленному им порядку не подчинились только запахи.

Линней исследовал терапевтические свойства растений на основании эмоционального воздействия их запаха. Работу «Odores medicamentorum» Линней написал в соавторстве со своим учеником Андреасом Валином[30]. Этот труд считается первым систематическим описанием запахов. Однако запахи в работе не классифицировались, а обсуждались в качестве показателей лечебных свойств растений. Система запахов Линнея существенно отклонялась от им же сформулированных общих таксономических принципов; причина такого методологического исключения остается неизвестной. Вместо вложенной иерархии Линней определил семь классов обонятельных ощущений в соответствии со шкалой гедонической привлекательности (с разной степенью притягательности). Приятные запахи относились к категориям ароматических или бальзамических запахов (теплая гвоздика или лилия). Неприятные составляли категории амброзийных (мускус), животных (коза), гнилостных (отталкивающие) и тошнотворных (отвратительные) запахов. Исключение составлял седьмой класс луковичных (чесночных) запахов, поскольку его нельзя было однозначно разместить на гедонической шкале.

Более проработанную схему Линней опубликовал в 1766 году в труде «Два ключа медицины («Clavis medicinae duplex»). В терапевтическом ракурсе «способы жизни» коррелировали со «свойствами природы». Линней описал пять принципов противоположного действия по шкале сладких и «дьявольских» (в переводе Хогга) запахов. Интерес к аффективной природе ароматов также затрагивал их влияние на поведение. Шведский врач и отец современной физиологии Альбрехт фон Галлер заинтересовался изменением ощущения запаха во времени. Например, запахи свежего мускуса или виверры поначалу отталкивают и напоминают вонь фекалий, но потом приобретают более приятные ноты. Распадающаяся плоть на разных стадиях разложения несколько раз меняет запах – от гнилостного до сладкого. Казалось, существует бесконечное множество вариантов классификации запахов. В «Elementa physiologicae» Галлер разделил запахи по трем основным принципам привлекательности: сладкие (или амброзийные), промежуточные и зловонные. Эти категории включали разнородный набор – от запаха шафрана до запаха фекалий или «запаха клопов, обнаруженных в кориандре».

Линней и Галлер пробудили дополнительный интерес к обонянию, а развитие исследований в этом направлении возглавил голландский физиолог Хендрик Звардемакер. Его труд «Die Physiologie des Geruchs», вышедший в 1895 году, представляет собой полный обзор теорий обоняния, предложенных его предшественниками и современниками. Звардемакер выделил три типа обонятельных ощущений: чисто обонятельные (reine olfactive Riechstoffe) и два типа смешанных, а именно – обонятельные ощущения, сопровождающиеся либо болью в носу (scharfe Riechstoffe), либо привкусом во рту (schmeckbare Riechstoffe). Он считал, что трудности с изучением чисто обонятельных ощущений связаны с недостатком точных терминов (keine besonderen Namen): запахи обычно идентифицируют по их материальному источнику. Он сравнил эту проблему с описанием цветов в донаучную эпоху. До Ньютона цвета определяли, ссылаясь на классические примеры, такие как кровь для красного цвета. Методическая терминология цветового зрения возникла после открытия светового спектра.

Таким образом, для научной классификации запахов требовалось успешное выделение простых запахов, аналогичных первичным цветам. В то время выделение компонентов запаха было сопряжено с невероятными техническими сложностями. Небольшое загрязнение и различие в концентрации образцов оказывали значительное влияние на их обонятельные свойства. Звардемакеру пришлось пойти другим путем. Он назвал девять первичных классов запахов, описывающих ботанические, химические и физиологические свойства пахучих материалов:

I. Odores aetherei (эфирные запахи; atherische Geruche);

II. Odores aromatici (ароматические запахи; aromatische Geruche);

III. Odores fragrantes (бальзамические запахи; balsamische Geruche);

IV. Odores ambrosiaci (смолисто-мускусные запахи; Amber-

Moschus-Geruche);

V. Odores alicacei (чесночные запахи; Allyl-Cacodyl-Geruche);

VI. Odores empyreumatici (запахи гари; brenzliche Geruche);

VII. Odores hircine (каприловые запахи («запах козы»);

Caprylgeruche);

VIII. Odores tetra (отталкивающие запахи; widerliche Geruche);

IX. Odoresausea (тошнотворные или отвратительные запахи;

Erbrechen erregende oder ekelhafte Geruche).

Пахучие вещества не поддавались планомерной и полной систематизации. Некоторые наблюдения самого Звардемакера находились в противоречии с его же системой, как, например, когда запах нагретого мышьяка напоминал запах чеснока. Кроме того, классификация ароматических веществ еще более усложнилась с развитием методов химического синтеза в конце XIX века.

Ботаники продолжали сортировать пахучие материалы, несмотря на тщетность попыток охватить широчайшее разнообразие запахов. Австрийский ботаник Антон Кернер фон Марилаун считал химическое понимание запахов необходимым, но недостаточным. Запахи имеют в живой природе сложный смысл, который нельзя свести к химической формуле. Например, известны случаи обонятельной мимикрии, когда растения испускают запах, напоминающий запах иных видов и представителей других таксономических групп, чтобы обманом привлечь наивных насекомых к опылению. Фон Марилаун опубликовал свои наблюдения в труде «Естественная история растений, их форм, роста, репродукции и распространения»[31].

В соответствии с теорией фон Марилауна, принятие или отторжение запахов определяется двумя основными задачами – выживанием и воспроизводством. Соединяя химию и биологию, его система определяла пять первичных химических групп запахов: индолоиды, аминоиды, парафиноиды, бензолоиды и терпеноиды. Функции этих групп определялись по четырем параметрам: описание запаха, химический состав, ботаническое происхождение и ценность. Но даже в представлении фон Марилауна эта схема оставалась несовершенной. Большинство запахов исходит не от отдельных веществ, а от смесей химических веществ. Кроме того, растения в процессе развития или в течение суточных и годовых циклов могут испускать разные запахи. Биологическая классификация запаха предлагала не однозначные, а перекрывающиеся определения.

Однако классификация фон Марилауна оставалась популярной в садоводстве. Активным сторонником идей фон Марилауна был ботаник Джон Харви Ловелл, которому в 1920-х годах было поручено написать серию из семи статей о цветочных запахах для American Bee Journal. В этой серии статей рассматривался целый ряд вопросов, включая общее введение в физиологию человеческого обоняния и его связь со вкусом, классификацию цветочных запахов и систематический обзор влияния цветочных запахов на поведение пчел. Важно отметить вторую статью Ловелла, «Классификацию цветочных запахов», в которой он отмечал условность любой системы классификации в связи с ее практическим применением. Более того, Ловелл отмечал, что классификация запахов подразумевает определенную степень неоднозначности: «Во многих случаях будут возникать разные мнения относительно запаха некоторых цветов». Вероятно, это различие во мнениях связано с тем, что «цветок может источать два запаха, или его утренний запах может отличаться от вечернего»[32].

Другим сторонником фон Марилауна был Фрэнк Энтони Хэмптон. В книге «Запах цветов и листьев» Хэмптон выделил десять категорий и предложил три стандарта для идентификации известных запахов и классификации новых[33]. Первым стандартом было качество запаха (словесное описание), вторым – основное применение в производстве ароматических веществ, таких как эфирные и жирные масла или спирты (растительные экстракты), а третьим – тип цветка (образец).

К середине XX века интерес к таксономической классификации запахов увял. Причиной послужили значительные изменения в биологических науках в XIX и особенно в XX веке. Технологические прорывы и важнейшие открытия в биохимии привели к смещению центра научных интересов. Естественная история уступила место генетическому и экспериментальному исследованию жизни животных и растений. И в этом новом ракурсе в рамках наук о жизни запахи утратили свою объяснительную функцию.

Химический поворот

До XIX века немногие ученые исследовали запахи в качестве химических соединений, разве что в парфюмерии. Парфюмерия – одна из двух древнейших в мире профессий – была делом секретным. История парфюмерии изобилует сказками, и кажется, что ее замысловатую связь с ранней химией трудно распутать. Основные методы парфюмерии представляли собой практическое применение ранней химии. Химия и парфюмерия в значительной степени перекликались в использовании материалов и инструментов, а также в стоящих целях[34].

Парфюмеры выделяли, перегоняли, смешивали, нагревали, разделяли пахучие вещества и экспериментировали с их наблюдаемыми свойствами. Записи рецептов для создания пахучих веществ и манипуляций с ними восходят к дохристианской эпохе. Первые хроники с описанием масел и помад относятся еще к временам Древнего Египта.

За столетия парфюмеры создали и усовершенствовали разные методики. В процессе экстракции растительный материал подвергали механическому воздействию путем прессования или измельчения. Полученные таким методом субстанции обычно содержали много летучих эфирных масел и стоили недорого, как апельсиновая цедра. Техника дистилляции представляла собой сухую или влажную перегонку: такие материалы, как цветы или древесина, нагревали, а выделявшиеся из них пахучие экстракты собирали путем конденсации. Некоторые цветы, например, жасмин, при дистилляции разрушались. Поэтому более чувствительные материалы подвергали мацерации – процедуре отделения специфических компонентов с помощью растворителей, таких как спирты. Наиболее нежные цветы обрабатывали с помощью анфлеража (абсорбции). Цветы распределяли на рамке, покрытой слоем жира, который на протяжении семидесяти двух часов поглощал их запах. Это был длительный и дорогостоящий метод. Выбор процедуры зависел от цены продуктов, требуемого качества и формы их конечного применения (эфиры, водные растворы, масла, помады или бальзамы). Эти техники парфюмерной практики существовали на протяжении столетий вплоть до XIV века.

Около 1320 года два итальянца сделали важное изобретение, которое отметило начало развития современной парфюмерии: придуманная ими охлаждающая система в форме змеевика облегчала получение крепкого спирта. Парфюмерам это предоставляло невиданные ранее возможности. С появлением концентрированного спирта применение пахучих веществ кардинально изменилось, поскольку спирт разбавляет и расщепляет смеси. Ингредиенты духов можно было разделить и высвободить на нескольких стадиях, а ароматные творения проявляли разные свойства в зависимости от длительности контакта с кожей.

Так родились современные духи. Теперь это была тройная композиция, состоящая из «верхних нот» (ощутимых в первые 15 минут), «средних нот» (или «нот сердца», слышимых на протяжении получаса после испарения «верхних нот») и «базовых нот» (остаточного аромата, длящегося до 24 часов). В эпоху Возрождения случился бум в создании новых и сложных сочетаний запахов. «Венгерская вода», созданная в 1370 году по заказу венгерской королевы Елизаветы, была одним из первых парфюмерных изделий на основе спирта и по сей день остается одним из наиболее удачных ароматов[35].

О химическом составе запахов было известно мало. Ситуацию изменил пионер современной химии – англо-ирландский ученый Роберт Бойль. В 1675 году Бойль описал серию из двенадцати «Экспериментов и наблюдений о механическом производстве запахов»[36]. Этот краткий отчет, содержавший инструкции для экспериментального воспроизведения, представлял собой часть более обширного критического обзора популярной алхимической доктрины, которую современники Бойля называли tria prima и которую поддерживал Парацельс и его последователи спарагисты. Доктрина tria prima описывала состав веществ в соответствии с тремя принципами: соль воплощала принцип устойчивости и невоспламеняемости, сера – принцип горючести, а ртуть – принцип плавкости и летучести[37].

Бойль считал, что химический мир состоит из частиц (корпускул). И запахи не исключение. Однако с ними была связана некоторая неопределенность. Было очевидно, что материалы испускали запахи самых разных типов, менее явным был «принцип испускания запаха». Проблема корпускулярной теории запаха состояла в том, что, несмотря на постоянное высвобождение пахучих частиц, масса источника заметно не сокращалась. Наблюдая на протяжении шести дней за куском асафетиды, Бойль рассуждал так: «Весь кусок не потерял и полчетверти грана; это заставило меня подумать, что, возможно, есть потоки, различимые нашими ноздрями, которые гораздо тоньше, чем благоухающие испарения самих пряностей там»[38].

Связаны ли изменения свойств запаха с разными химическими реакциями? Бойль придумал несколько вариантов экспериментов, проверяя роль разведения, тепла или посуды из разных металлов, таких как серебро или золото. Реакции были отчетливыми, измеряемыми и при этом разнообразными. Например, Бойль обнаружил, что сочетание некоторых непахучих веществ приводит к появлению сильного запаха. В другом случае он получил приятный запах из зловонных компонентов. Кроме того, удавалось нейтрализовать или усилить некоторые запахи путем добавления веществ, запаха почти не имевших. Эти эксперименты показали, что появление запахов подчиняется тем же законам, что и другие химические реакции.

В качестве примера приведем одну из инструкций Бойля из «Экспериментов и наблюдений»:

Эксп. I

Из двух материй, обе из которых не имеют запаха, немедленно произвести сильный запах мочи.

Возьмите хорошей негашеной извести и аммонийной соли, разотрите или измельчите их вместе, и вы, поднеся нос к смеси, обнаружите запах мочи, произведенный частицами летучей соли, высвобожденной при этой процедуре, который также попадет вам в глаза и заставит их слезиться.

К XVIII веку корпускулярная теория запаха получила в науке всеобщее признание. Однако запах передающихся по воздуху частиц не объясняли в истинных физических терминах. Считалось, что в восприятии запахов задействованы нематериальные динамические сущности. Наиболее ярко выражала эту идею теория spiritus rector, главным сторонником которой был голландский ботаник, химик и врач Герман Бургаве, учитель фон Галлера.

Бургаве считал, что за восприятие запаха отвечают два элемента, и отделял причину физического явления от ментального опыта. Действующей материей, осуществляющей перенос запаха, были летучие частицы. Однако частицы как таковые в гомогенном виде не объясняли разнообразия запахов. Качество запаха определял spiritus rector («управляющий дух») – невидимое маслянистое вещество, связанное с физическими частицами и действующее в качестве некоей жизненной силы напрямую на разум наблюдателя. Бургаве замечал: «Но маслянистые части в некоторой степени зависимы от этого чувства, поскольку перемещаются совместно с управляющим духом и, прикрепляясь к поверхности обонятельной мембраны, делают результат действия пахучих частиц более постоянным и продолжительным»[39]. Запах оставался важнейшим выражением живого мира, выходившим за пределы механических стимулов.

Современное понимание запаха начало формироваться после того, как два французских ученых внимательно исследовали лошадиную мочу. Лошадиная моча, имевшаяся в Европе XVIII века повсеместно и в большом количестве, обладала многими важными экспериментальными характеристиками (яркий цвет, щелочные свойства и едкий запах). Наряду с Лавуазье это были самые известные французские химики того времени – Антуан Франсуа де Фуркруа (зловещим образом причастный к безвременной гибели Лавуазье) и Клод Луи Бертолле. Они выделили из мочи мочевину и идентифицировали ее в качестве источника запаха мочи[40]. Другие ученые подтвердили важность этого открытия:

Моча, когда приобретает щелочность, становится такой липкой и вязкой, что может быть разделена на длинные нити. При микроскопическом исследовании в лошадиной моче обнаруживается большое количество округлых частиц, размером от частиц слизи до вчетверо его превышающего, которые разрываются под давлением стеклянных пластинок, между которыми изучают жидкость. Фуркруа и Воклан выпарили лошадиную мочу, выделили мочевину в виде нитрата, нейтрализовали кислоту щелочью и нашли небольшое количество красноватого жира, улетучивающегося на водяной бане, который считается причиной запаха и цвета мочи[41].

В 1828 году немецкий ученый Фридрих Вёлер включил изучение запахов в общие химические исследования с помощью нового эксперимента[42]. Он синтезировал мочевину из цианата аммония (CH₄N₂O). Значение этого синтеза невозможно переоценить. В то время считалось, что поведение органических веществ не описывается правилами, которым подчиняется поведение неорганических веществ: органические вещества подчиняются другим законам и жизненным силам. Вёлер показал, что это не так. Он синтезировал органическое вещество – мочевину – из неорганического соединения, цианата аммония. Органическая и неорганическая химия соединились, в химии произошел сдвиг парадигмы. Это было стартовым сигналом для изучения запахов.

У запаха появилось новое материальное измерение. Шаг за шагом происходила идентификация химического состава пахучих материалов, начали активно развиваться методы синтеза сырьевых и редких материалов. В 1818 году Жак-Жюльен де Лабиллардьер определил, что терпентиновое масло (скипидар) состоит из «соотношения пяти атомов C к восьми атомам H ((C₅H₈)_x)»[43]. Это открытие ускорило анализ состава аналогичных эфирных масел. В 1833 году Жан-Батист Дюма признал, что большинство эфирных масел имеют заметное сходство химического состава[44]. Он разделил эфирные масла на те, которые «содержат только углеводороды, такие как скипидар и лимонное масло, окисленные соединения, такие как камфорное и анисовое масло, или соединения серы (горчичное масло), или азота (масло горького миндаля)»[45]. Эжен-Мельхиор Пелиго, Юстус Либих и Отто Валлах собрали еще больше данных о составе и формулах важных для парфюмерии эфирных масел, таких как ментоловое и миндальное масла. Эти открытия происходили параллельно с развитием методов выделения различных компонентов запаха из сырьевых материалов, к числу которых относились вакуумная перегонка и дериватизация – метод для синтеза сходных по структуре веществ из конкретных химических соединений.

За пять последующих десятилетий произошел прорыв в исследованиях синтетических продуктов. В частности, катализатором этого процесса послужил синтез кумарина. Кумарин, впервые синтезированный в 1868 году, пахнет свежескошенным сеном и в природе встречается в бобах тонка (Dipteryx odorata) и в доннике, или сладком клевере (Melilotus). Кумарин был получен с помощью так называемой конденсации Перкина путем соединения салицилового альдегида (C₆H₄CHO-2-OH) с уксусным ангидридом ((CH₃CO)₂O). Сэр Уильям Генри Перкин, в честь которого названа эта реакция, также создал первый синтетический анилиновый краситель – сейчас этот розовато-лиловый цвет известен как «мов».

Становление химии ароматических и вкусовых добавок было отмечено синтезом ванилина из кониферилового спирта, осуществленным Фердинандом Тиманом и Вильгельмом Хаарманом в 1874 году. Хаарман понимал, что научный интерес к синтезу пересекается с растущими потребностями индустрии. Вскоре они с Тиманом основали собственную компанию Haarmann’s Vanillinfabrik. В последующие годы эффективность реакций росла, удовлетворяя нуждам крупномасштабного производства искусственных материалов[46]. Хаарман нанял Карла Реймера, который разработал технологию для усовершенствования синтеза ванилина. Метод Реймера оказался очень удачным[47]. Компания, переименованная в Haarmann&Reimer, быстро разрасталась (намного позже, после слияния с компанией Dragoco, эта фирма стала четвертой по величине парфюмерной компанией Symrise).

Это было время крупнейших изменений в химическом производстве парфюмерии и ароматизаторов, а также красителей и чернил. Появились новые компании, специализирующиеся на производстве синтетических материалов, включая двух главных игроков на современном рынке промышленных ароматов: Firmenich (изначально Chuit&Naef) и Givaudan; обе компании были основаны в 1895 году[48].

Индустриализация в Европе в XIX веке, безусловно, сформировала лицо современной химии. Началась торговля синтетическими ароматизаторами. Увеличение объема производства и рост потребности в ароматических продуктах стимулировали поиски дополнительных, новых и лучших синтетических веществ, что неизбежно вызвало модернизацию пищевой и парфюмерной промышленности. Традиционные сырьевые материалы для производства духов, такие как амбра, стали слишком редкими и дорогими для широкого коммерческого использования[49]. Природные материалы были заменены синтетическими. Искусственные вещества оказались удобнее в нескольких отношениях: их производство не зависит от сезона, как сбор цветов, и они доступны постоянно. Еще один важный фактор – введение этических, гигиенических и правовых ограничений на использование продуктов животного происхождения, таких как амбра или цивет, и их замена произведенными на фабрике.

Синтетическая химия инициировала фундаментальные сдвиги в научном понимании запаха. Венгерский ученый Леопольд Ружичка, удостоенный в 1939 году Нобелевской премии по химии за исследования феромонов насекомых, подтолкнул к пониманию связывающей способности молекул. В 1920 году Ружичка признал возможным, что осмофорная группа[50] может отвечать за ориентацию молекулы в гипотетическом рецепторном участке[51]. (Карьера Ружички была типичной для многих химиков того времени, изучавших ароматы. Не имея финансовой поддержки от традиционных научных институтов, он ушел на производство и возглавил отдел исследований и развития в компании Firmenich[52].)

Развитие химии изменило онтологию запаха. Стало непонятно, что считать природным, а что – искусственным. Химический синтез – не просто изменение материи. Он открывал новые перспективы в понимании причинной связи между запахами и их материальной основой. За неупорядоченным миром растительных материалов скрывался невидимый и сложно структурированный молекулярный мир. Мир запахов, возникший в результате развития и эволюции растений и животных, теперь сосуществовал с миром химических запахов, только что полученных в лаборатории синтетическим путем. Эта сущностная революция показала, чего не хватало в предыдущих исследованиях обоняния – сенсорной системы, скрывающей важнейший вопрос: что значит – воспринимать запах?

Физиология на закате XIX века

До XX века научный интерес к запахам концентрировался вокруг материалов, которые источают запахи. Когда стало известно о сенсорной системе, о ее физиологии и психологии? В начале XX века ученые разных специальностей независимо друг от друга обратили внимание на обоняние. И вот уже наше историческое повествование уходит от хронологии событий и обращается к мозаике исследований, охватывающих раннюю физиологию, психологию и – в скором времени – биохимию.

Первоначальный интерес к физиологии обоняния был кратким, но продуктивным. Мало что было известно об обонятельных путях. Гиппократ и Леонардо да Винчи выполнили анатомические рисунки носовой полости. Более подробное описание появилось позже в результате исследований британского хирурга Натаниэля Гаймора, его французских коллег Луи Ламорье и Луи-Бернара Брешилье Журдена, немецкого врача Самуэля Томаса фон Зёммеринга и итальянского анатома Антонио Скарпы[53].

Единственный стоящий упоминания механизм определения запахов был предложен французским врачом и анатомом Ипполитом Клоке в 1821 году в труде «Osphrésiologie: Ou, traité des odeurs, du sens et des organes de l’olfaction»[54]. Клоке признал важную роль слизистой, прочитав более ранние работы на эту тему немецких врачей Конрада Виктора Шнейдера и Йохана Фридриха Блуменбаха. Возможно, Клоке был первым, кто предложил механизм определения запаха с участием слизистой:

Когда пахучие молекулы оказываются в полостях носа, они распределяются по всей площади, чему способствует их прохождение через узкое отверстие в более просторную полость; в соответствии со всеми законами гидродинамики, эти условия должны замедлить их движение и продлить контакт со слизистой обонятельных путей. Затем они соединяются со слизистой, которая, по-видимому, обладает более высоким сродством с пахучими молекулами, чем с воздухом. Поэтому слизистая отделяет их от этой жидкости и удерживает на мембране, где они воздействуют на обонятельные нервы, которые в свою очередь передают полученное впечатление в мозг.[55]

До конца XIX века физиология обоняния по большей части оставалась неизведанной территорией. И это упущение не было случайным. Трудно измерять и наблюдать обработку запахов. Подумайте: как бы вы стали определять, в какой части носа действуют частицы запаха, не говоря уже о том, как они это делают? Физиолог Эдуард Паулсен задал себе этот вопрос. В 1882 году Паулсену пришла в голову идея. Для современных людей она звучит жутковато, однако это был хитроумный экспериментальный подход. Паулсен раздобыл разрубленную пополам человеческую голову (рис. 1.1). Он покрыл носовую полость небольшими полосками лакмусовой бумаги и подключил аппарат искусственного дыхания. Затем две половины головы были соединены – грубо, но эффективно. Далее для имитации дыхательных путей была использована металлическая трубка, изображавшая трахею, и мочевой пузырь свиньи, служивший легкими. Паулсен продувал в нос воздух, в который он добавил аммиак. Отмечая места, где лакмусовая бумага изменила цвет, он зафиксировал путь прохождения воздуха через носовую полость – вплоть до эпителия, где происходит определение запаха. Вскоре похожее исследование провел Звардемакер[56]. Вместо человеческой головы он использовал слепок головы лошади, отделив носовую полость стеклянной пластинкой. Он разместил под ноздрями свечку и пропускал через них насыщенный углекислым газом воздух с помощью аппарата искусственного дыхания, аналогичного аппарату Паулсена, а затем измерял концентрацию выделяемого свечкой углерода на стеклянной пластинке, чтобы восстановить ход воздушных путей.

Эксперименты Паулсена и Звардемакера были проверены на наличие экспериментальных артефактов. Ни голова трупа, ни слепок не содержали живых тканей. Предполагалось, что поток воздуха в пульсирующих мембранах значительно отличается от такового в мертвой и лишенной воздуха ткани или жестком неорганическом материале. При повторных экспериментах были внесены некоторые модификации; например, для создания ингаляционных аппаратов применяли другие материалы (резиновые трубки вместо металлических).