Удивительная антенна

Целый день в наш мозг по бесчисленным каналам связи – нервным клеткам – поступает информация. В слуховом нерве 30.000 проводов–волокон! в зрительном нерве их еще больше, около 900.000. Объем информации, поступающей ежесекундно в мозг, огромен. Организм человека и животных обладает множеством самых разных приемных устройств, каждое из которых способно воспринимать лишь определенный вид информации.

Сколько же каналов связи у организма? Сколько способов извлечение информации ему известно?

Приемные устройства для извлечения информации, или рецепторы, в обыденной, жизни принято называть органами чувств. Их много. Специалисты называют шесть основных: зрение, слух, органы равновесия, вкус, обоняние и кожную чувствительность.

Сходство между рецепторными клетками различных органов чувств, конечно, не полное. Есть и серьезные различия. В антеннах зрительных клеток, например, содержится особое вещество, называемое зрительным пурпуром, которое изменяется под действием света. Благодаря этой фотохимической (светохимической) реакции рецепторная клетка возбуждается, то есть реагирует на свет, воспринимает его. В рецепторных клетках других органов чувств пурпура нет. С помощью каких веществ они воспринимают раздражители, ученым пока не известно.

Почему так много сходства в строении различных рецепторных клеток, сказать трудно. Видимо, их конструкция оказалась очень удачной, поэтому природа, создавая самые разнообразные органы чувств, и использовала оправдавшие себя типовые, стандартные детали.

С момента зарождения жизни на Земле прошли миллиарды лет, животный мир на нашей планете проделал огромный путь развития от примитивных одноклеточных существ, почти не воспринимающих раздражения окружающего мира, до современного человека с его многочисленными, очень совершенными и чрезвычайно чувствительными рецепторами. Кажется, между человеком и инфузорией не осталось ничего общего. Но нет! Рецепторные клетки человека и птиц, рыб и насекомых, моллюсков и других животных воспринимают окружающий мир, любые его раздражения любыми органами чувств с помощью сходно устроенных подвижных антенн. Даже одноклеточные организмы, такие, как эвглена, и они используют все ту же подвижную антенну. Вот что значит удачная конструкция! Она проходит не только черёз века и тысячелетия. Для нее не страшны даже миллиарды лет! Живые организмы Земли пронесли подвижную антенну от самого зарождения жизни до наших дней.

 

Окна в мир

Какие органы чувств наиболее важны для человека? Большинство людей скорее всего назовет зрение. Действительно, большую часть информации об окружающем мире человек получает с помощью зрения. То же самое относится к нашим ближайшим родственникам – обезьянам. Для них большое значение имеет также и кинестетический анализатор – способность очень точно оценивать положение различных частей своего тела, их перемещения и нагрузки, которые они при этом испытывают. Без этого лазать по деревьям было бы чрезвычайно опасно. Для собак важнее обоняние и слух, а для рыб – показания органов боковой линии, позволяющие ощущать движения воды.

Глаза, как известно, воспринимают световые волны. У человека они оснащены двумя типами рецепторов – воспринимающих элементов, так называемыми палочками и колбочками. Колбочек в человеческом глазу около 7 миллионов, а палочек значительно больше, около 130 миллионов. В глазу светочувствительные элементы распределены неравномерно: колбочки расположены гуще веего в центральной части зрительного поля. Особенно тесно они сидят в так называемом желтом пятне (оно действительно имеет желтый цвет), которым мы обычно пользуемся, когда читаем или детально рассматриваем какие–нибудь предметы.

Другое назначение колбочек – цветоощущение. Среди позвоночных хорошо различают цвета большинство дневных животных, а вот собаки и кошки цвета практически не воспринимают. Кстати, и копытные животные, в том числе быки, вопреки твердо установившемуся мнению о том, что они будто бы не любят красный цвет, на самом деле не могут его отличить от зеленого, синего или даже черного цвета одинаковой с ним насыщенности.

Желтое пятно – важнейший участок глаза. Именно оно дает возможность рассмотреть мельчайшие детали объекта. Это объясняется высокой концентрацией здесь светочувствительных элементов, особенно колбочек, а также тем, что каждая колбочка соединена со своей собственной нервной клеткой. Ей и передает она всю полученную информацию* Палочки такой индивидуальной нервной клетки не имеют и вынуждены группироваться целыми компаниями вокруг одной общей нервной клетки. Благодаря этому, когда свет попадает на две колбочки, мы видим световые точки. Если те же две световые точки осветят две палочки, то наш мозг увидит, что их две только в том случае, когда они попадут на светочувствительные элементы из разных компаний палочек. Другое дело, когда освещены две палочки из одной компании, тогда глаз увидит всего одну световую точку.

Кроме желтого пятна, колбочки есть и в остальных участках центральной части зрительного поля, только концентрация их здесь значительно ниже. А на периферии колбочек пет вовсе. Там находятся только палочки – световоспринимающие элементы более высокой чувствительности. Так как несколько палочек посылают свою информацию в одну и ту же нервную клетку, они даже в сумерки, когда каждая из них недостаточно сильно возбуждена, общими усилиями смогут возбудить свою нервную клетку, и глаз все–таки что–то увидит, тогда как колбочки, адресующиеся только к своей личной нервной клетке, нередко в одиночку возбудить их не в состоянии.

К помощи палочек мы прибегаем в сумерках, когда колбочки становятся просто помехой. Мы могли бы видеть ночью гораздо, лучше, если бы не привычка фокусировать изображение на желтом пятне. Поэтому в сумерках мы четче видим предметы, изображение которых падает на боковые части зрительного поля, а это происходит, когда мы не смотрим на предмет, который случайно увидели.

Кроме желтого поля, недалеко от него расположено второе пятно – слепое. Здесь сквозь оболочки глаза выходят наружу волокна зрительного нерва. На этом участке совсем нет светочувствительных элементов, и пятно ни в дневном, ни в ночном зрении никакого участия не принимает. Удивительно, что мы совершенно не замечаем в собственном поле зрения довольно большой дырки. Это происходит потому, что мы смотрим на мир двумя глазами, и на слепые пятна каждого из глаз попадают различные участки изображения. Кроме того, при рассматривании какого–либо предмета наш глаз не остается неподвижным, а скользит по контурам и наиболее существенным местам рассматриваемого предмета, и к тому же совершает еще мелкие дрожательные движения. Изображение предмета очень быстро перемещается по сетчатке, и это дает нам возможность видеть все его части.

Очень интересная особенность глаз позвоночных, от амфибий до человека, состоит в том, что при пристальном рассматривании неподвижным глазом неподвижного предмета он может быть виден лишь в течение очень короткого времени, а потом глаз перестает его замечать, пока тот не шелохнется или не дрогнет сам глаз. Ученые сумели это понять довольно давно, а вот подтвердить свою догадку им долго не удавалось. Сделать это было нелегко, поскольку человеческий глаз, кроме значительных поисковых движений, постоянно дрожит, совершая крохотные колебания. Все же ученым удалось найти остроумный способ для экспериментального изучения этого вопроса. Сделать глаз неподвижным очень трудно, поэтому предметик, который предстояло рассматривать, прикрепили непосредственно к глазному яблоку. Благодаря этому, как бы глаз ни двигался, изображение предмета попадало на одно и то же место сетчатки. Исследование подтвердило, что неподвижного предмета глаз не видит!

Чувствительные клетки органов чувств обладают интересной особенностью: ощущения, вызванные каким–нибудь раздражителем, исчезают не сразу после прекращения их действия. Благодаря этому мы не видим отдельные световые вспышки, если они следуют с частотой 16–18 в секунду. В этом случае нам кажется, что лампочка просто зажглась и горит. Эти свойства зрения позволили создать кино. Благодаря тому, что во время демонстрации кинофильма отдельные кадры–диапозитивы проецируются на экран с частотой 24 в секунду, мы видим непрерывное изображение, и у нас возникает иллюзия реальности движений.

 

Как мы видим то, что видим?

Глаз – это оптический прибор. По своему устройству он напоминает подзорную трубу, телескоп и фотоаппарат. Эти приборы просты в обращении, но все же, чтобы уверенно ими пользоваться, приходится учиться. С глазами та же история: нужно освоить правила использования глаз и научиться понимать информацию, которую они нам поставляют, то есть, попросту говоря, необходимо научиться смотреть.

Одна из сложностей зрения состоит в том, что световые лучи, проникающие в наш глаз, проходят сквозь крохотную двояковыпуклую линзу – хрусталик, и как в таких случаях полагается, преломляются на нем, а поэтому изображение рассматриваемых объектов, сфокусированное на задней стенке глаза (на его светочувствительной поверхности), оказывается ’перевернутым вверх ногами. Почему же мы видим мир нормальным, какой он есть на самом деле?

Оказывается, наш мозг, сопоставляя показания, получаемые из глаз, с информацией, идущей от других органов чувств, главным образом от кожных и мышечных рецепторов, еще в раннем детстве привыкает в ней разбираться.

А что будет, если изображение на задней стенке глаза окажется ориентированным правильно? Что увидит наш глаз тогда? Впервые такой опыт поставил на самом себе английский психолог Д. Стрэттон. В первый момент мир показался ему опрокинутым. Однако уже на четвертый день ношения перевертывающего приспособления ученый обнаружил первые признаки того, что мозг начал переучиваться. На пятый день он мог свободно гулять в своем саду, а на седьмой – начал вновь получать удовольствие от красоты окружающего пейзажа.

В процессе переучивания существенную помощь оказывали другие органы чувств. Если воробей молчал, он казался прыгающим по дорожке сада, но как только раздавалось чириканье, Стрэттон замечал, что птица находится на дереве. Экипаж мог восприниматься стоящим вверх колесами, но если он трогался с места, то обретал правильное положение., Остановившиеся стенные часы воспринимались перевернутыми маятником вверх, н<| стоило ему прийти в движение, как изображение становилось правильным.

В конечном итоге после нескольких дней ношения очков, переворачивающих изображение, люди начинали видеть окружающий мир правильно и были даже способны водить машину. Чтобы достигнуть этого, нужно было вести активный образ жизни. Специальный эксперимент подтверждает это утверждение. Два человека одновременно надели пе* реворачивающие очки. Один из них свободно передвигался и мог делать все, что хотел. Второй все время находился в кресле на колесиках с заложенными за спиной руками. Ничего делать сам, даже есть и сморкаться, он не имел права. Возил его, кормил и ухаживал за ним первый испытуемый. Таким образом, находясь все время вместе, они дакали примерно равную нагрузку своему зрению, но переучивание произошло только у активного испытуемого. Пассивный не продвинулся в этом направлении ни на шаг.

Оказывается, что приспособиться к перевертывающим очкам, переучиться способен лишь мозг человека. Обезьяны с большим трудом после длительной тренировки несколько свыкались с жизнью в очках, перевертывающих изображение, но их поведение серьезно менялось.

Еще сильнее в подобных случаях страдает зрение низших животных. Легче всего опыты удавались на лягушках. Переворачивающие очки в этом случае не употреблялись. Лягушачий глаз ученые хирургическим путем поворачивали на 180 градусов. Оказалось, что лягушки совершенно не способны пользоваться перевернутыми глазами. Муха, ползущая у ног такой лягушки, казалась ей находящейся наверху. Туда лягушка и направляла выстрел своего языка.

Так же беспомощны бывают куры, если их заставляют носить очки, переворачивающие изображение. Даже небольшое вмешательство полностью нарушает зрительное восприятие. Призмы, надетые на глаза цыплят, сдвигали изображение всего лишь на 7 градусов в сторону, однако малыши, клюя зерна, всегда промахивались и оставались голодными. Переучиться они так и не смогли.

 

Море звуков

Народная поговорка гласит: не каждому слуху верь! И не веришь! Мы живем в хаосе звуков, но на многие ли из них обращаем внимание?

И божественные звуки, которыми мы наслаждаемся, и неприятные для нас шумы и звуки – это всего лишь колебания окружающего нас воздуха. Возникают эти колебания воздуха благодаря колебаниям других объектов: колебания струн музыкальных инструментов,.кожаной пленки, натянутой на барабан, голосовых связок в гортани человека... Если молотком ударить по стальной балке или по деревянному столбу, в веществе, из которого состоят эти объекты возникнут невидимые глазом микроскопические колебания. Они и породят звук и, может быть, очень сильный.

Что произойдет, когда мы ударим по стальной балке или по барабану? При ударе поверхность барабана продавится внутрь. То же самое произойдет с поверхностью стальной балки, только размер этого вдавливания будет так мал, что мы его не заметим, а может быть, и сама балка под воздействием удара отклонится в сторону на такую же незначительную величину. В тот момент, когда поверхность барабана или стальной балки отклонилась в сторону, около них образуется пустое пространство, и давление воздуха здесь понизится, но понизится только на короткий миг, так как сдвинутые поверхности возвратятся на прежние места и при этом потеснят находящийся там воздух. В результате у поверхности этих тел теперь возникнет крошечная область повышенного давления.

Поверхности, приведенные в движение ударом, некоторое время будут совершать колебательные движения. Размер этих колебаний будет понемножку уменьшаться, и наконец они затухнут. Но все время, пока происходят эти колебания, они вызывают сжатие воздуха, повышение его давления и последующее разряжение воздуха и падение его давления. Такие сжатия и разряжения слоя воздуха у поверхности колеблющихся тел вызовут аналогичные же явления в следующем, прилегающем к нему слое воздуха, а тот в свою очередь вызовет их в следующем слое, и так далее. И эти сжатия и разряжения будут стремительно распространяться во все стороны от места своего возникновения, как разбегаются по поверхности воды круговые волны от брошенного на нее камня. Достигнув наших ушей, эти колебания воздушной среды, эти звуковые волны вызовут у нас ощущение звука.

Таким образом, звук – это чередующиеся разряжения и сжатия среды. Для нас, существ сухопутных, это, в первую очередь, колебания окружающего нас воздуха.

 

Ушки на макушке

Вспомните фразу, мелькнувшую в стихотворении М.Ю. Лермонтова Бородино: "У наших ушки на макушке!" На самом деле и у русских, и у людей других национальностей уши располагаются не там. Другое дело животные, особенно те из них, что живут в степях и пустынях, в высокой траве и невысоком кустарнике. В этом случае такое расположение ушей на голове выгодно. Для улавливания звуков уши должны быть подняты как можно выше, туда, где распространению звуков ничто не мешает, где их легче всего уловить.

Местоположение на голове наших ушей объясняется тем, что предки человека, древние человекообразные обезьяны, жили в лесу на деревьях. Там звук мог идти со всех сторон, в том числе и сверху, и снизу, а нахождение их на макушке мешало бы улавливать звуки, идущие с земли. Если бы человек происходил от животных, формирование которых, как, например, ослов, с самого начала происходило на открытых пространствах, то сейчас мы имели бы проблемы с ношением головных уборов: надевать что–нибудь на голову мешали бы торчащие вверх уши, и нам пришлось бы делать в головных уборах прорези для ушей, как поступают на юге с шапочками для лошадей и мулов, предназначенных для предохранения головы животного от солнечных лучей, или подрезать собственные уши, как мы поступаем с ушами наших любимцев – собак определенных пород.

Задача органов слуха – определить, что служит источником звуковых волн, где он находится и какими свойствами обладает: неподвижен ли он, а если движется, то в какую, сторону и с какой скоростью. Вся эта информация должна быть получена (можно сказать, высосана из пальца) путем анализа упругих волн, распространяющихся в воздухе, воде или в твердых телах: в земле, древесине, в металле...

Работа слуховых органов человека не менее сложна, чем зрительных. Они обязаны уметь оперативно разбираться в длинных потоках сложных звуковых волн, какими является наша обыденная речь. А еще слуховые органы должны уметь улавливать тембр голоса, интонацию, узнавать знакомых людей по голосу. Между прочим, многие животные умеют это делать значительно лучше нас. Малые африканские фламинго узнают по голосу своего птенца среди 50–100 тысяч таких же малышей, всем скопом дожидающихся возвращения своих родителей.

Огромная ценность звуковой информации состоит в том, что пользоваться ею можно там, где зрение бессильно: в густом лесу, в тумане, в мутной воде, в темноте. Немаловажно и то, что звуки распространяются с большой скоростью – значительно быстрее, чем способно передвигаться любое живое существо. Это дает возможность заблаговременно получить достоверные сведения о всех живых созданиях, находящихся еще далеко, значительно раньше, чем с ними состоится личная встреча.

Орган слуха млекопитающих и человека имеет сходное строение и сконструирован достаточно сложно. Первый наш звукоулавливающий прибор – уши, правильнее сказать – ушные раковины. Они являются устройством, позволяющим улавливать звуки, распространяющиеся из определенной точки пространства, и создавать максимально благоприятные условия для их восприятия. Благодаря этому прочие звуки, возникающие где–то в стороне, не мешают анализировать и не заглушают заинтересовавший животное звук.

Насколько важны ушные раковины, нас убеждают животные, для которых тонкий слух особенно важен. Летом к нам на север прилетают ушаны – маленькие летучие мыши. Когда ушан спит, его уши сложены в гармошку и спрятаны под крыльями, но если ему вздумается взлететь, он расправляет их, и тогда выясняется, что их размер сопоставим с величиной туловища или существенно больше. Однако было бы ошибочным считать, что большие уши – это всегда приспособление для лучшего улавливания звуков. Огромные ушные раковины слонов и других обитателей степей и пустынь: ушастых ежей, пустынных лисичек – фенеков, тропических зайцев и американского кожаного кролика, чьи уши больше самого зверька, – это охладительные установки, позволяющие им спасаться от перегревания.

Уши большинства животных подвижны. Понаблюдайте, как оперируют своими ушами собаки, лошади, кролики, когда к чему–нибудь прислушиваются. Очень красиво смотрится, как слаженно поворачиваются уши антилоп в сторону заинтересовавшего их звука. Ушные раковины человека практически потеряли подвижность. Их расположение на голове позволяет лучше слышать звуки, идущие спереди. Поэтому, чтобы проанализировать слабые звуки, нам приходится поворачивать голову в их сторону.

Обычно мы даже не подозреваем, что ушные раковины помогают нам лучше слышать. Однако не думайте, что они нам не нужны или предназначены лишь для того, чтобы носить на них серьги. В действительности же, форма ушных раковин и слухового прохода создают благоприятные условия для восприятия звуков речи и для определения направления звуков. В этом можно убедиться самому. Попробуйте значительно изменить форму ушной раковины – смять ее рукой, и вы сразу почувствуете, что определять направление звуков, особенно слабых, стало труднее. Хрящевые бугорки внутри ушных раковин задерживают распространение звуков. Величина этой задержки меняется в зависимости от того, с какой стороны он приходит. Мозг использует эти задержки, чтобы повысить точность определения местоположения источника звуков.

 

Какое из ушей среднее?

Ушная раковина предназначена для улавливания звуковых волн. Она помогает им проникнуть в слуховой проход и отчасти усиливает звук, так как сама, а также стенки слухового прохода обладают способностью совершать колебания в ответ на колебания определенной частоты. Если органы наружного уха резонируют, то есть повторяют колебания звуковой волны, давление воздуха в слуховом проходе усиливается и может стать больше давления пришедшей звуковой волны. Это значит, что звук стал громче.

Слуховой проход, обеспечивающий звуковым волнам максимальные удобства для проникновения к воспринимающему аппарату звуковой системы, упирается в барабанную перепонку. Именно здесь кончается наружное ухо и начинается среднее, а барабанная перепонка служит в него дверью. Звуковод – не самая важная часть звуковоспринимающей системы. Звуки могут легко обходиться без специально для них предназначенных дорог, и чем более упругими свойствами обладает среда, в которой они распространяются, тем больше их скорость и тем меньше они теряют энергии. Однако им могут понадобиться "двери", чтобы переходить из одного помещения в другое. На границе двух сред потери энергии огромны. Лишь часть энергии звуковых волн проникнет из воздушной среды в воду. Другая ее часть, нередко более значительная, отразится от ее поверхности. Вот почему наружное ухо наземных животных, представляющее собой воронку, заполненную воздухом, необходимо только потому, что переход звуковых волн из воздуха в кожу затруднен. Иное дело – барабанная перепонка: она легко отзывается на приход звуковой волны и совершает колебательные движения с частотой, присущей этой волне.

Полость, находящаяся за барабанной перепонкой со всем что в ней находится, и является средним ухом. Она названа так потому, что находится в средней части звуковоспринимающей системы, так сказать, на полпути от наружного воздуха до нервных клеток, которые передают собранную информацию в мозг.

Среднее ухо находится внутри височной кости в заполненной воздухом барабанной полости. Она невелика, не больше 1 квадратного сантиметра и расположена между барабанной перепонкой и костным лабиринтом внутреннего уха. Внутри барабанной полости находятся три крохотные косточки – молоточек, наковальня и стремечко, соединенные между собою суставами. Свое название они получили за сходство с соответствующими предметами. Молоточек своей рукояткой прочно соединен с барабанной перепонкой, а другой его конец образует сустав с наковальней.

Второй сустав наковальня образует с головкой стремечка, а его основание упирается в перепонку овального окна, ведущую в святая святых слуховой системы, во внутреннее ухо.

Барабанные косточки среднего уха выполняют важную функцию: они переадресуют колебания барабанной перепонки мембране овального окна, а следовательно, и жидкости, которая заполняет полости внутреннего уха. Эти косточки, соединенные суставами, представляют собою систему рычагов. Благодаря этому амплитуда колебаний мембраны овального окна становится значительно меньше амплитуды колебаний барабанной перепонки, зато их сила возрастает, то есть и здесь происходит усиление волн сжатия и разряжения по сравнению со звуковыми волнами, возникавшими в слуховом проходе. Таким образом, в среднем ухе осуществляется второй этап усиления звуков.

Важным элементом среднего уха является глоточно–барабанный канал, больше известный по имени своего первооткрывателя, Б. Евстахия, как евстахиева труба. Канал начинается отверстием на передней стенке барабанной полости и заканчивается отверстием на боковой стенке носоглотки. Он не большой и не широкий:'..3–4 сантиметра длиной и 1–2 миллиметра диаметром. Канал выполняет несколько важных функций. Главная из них – вентиляционная, но речь идет не о проветривании, а о выравнивании давления воздуха между окружающей атмосферой и воздухом барабанной полости.

Каждому, вероятно, приходилось испытать, как у него закладывает уши. Это происходит при подъеме и спуске в лифтах высотных зданий, при взлете и посадке самолетов, у ныряльщиков, опускающихся на глубину нескольких метров, при спуске в глубокую шахту, а у особенно чувствительных людей может даже возникнуть при спуске в глубоко расположенные туннели метрополитена. Иногда при этом в ушах возникает острая боль и даже может произойти разрыв барабанной перепонки.

Неприятные ощущения и боль в ушах возникают потому, что канал забит слизью или не функционирует по какой–то другой причине и поэтому не обеспечивает выравнивания давления между барабанной полостью и окружающей средой. При подъеме в высоту воздух, не имеющий возможности выйти из барабанной полости и не испытывающий должного противодействия из–за падения давления наружного воздуха, с силой давит на барабанную перепонку, вызывая неприятные ощущения или боль. Противоположные явления происходят при спуске самолета. Так как при этом давление наружного воздуха быстро нарастает и, не встречая должного сопротивления со стороны воздуха барабанной полости, с силой давит на барабанную перепонку, растягивая ее и вызывая весь комплекс неприятных ощущений.

Обычно просвет евстахиевой трубы открывается при глотании, вот почему многие водолазы при спуске под воду совершают серию глотательных движений, а пассажирам самолетов раздают леденцы, чтобы вызвать у них непроизвольное проглатывание слюны.

Евстахиева труба используется также для освобождения барабанной полости от просачивающейся туда из окружающих тканей жидкости. Чтобы в ней не заводились микробы, специальные клетки стенок канала вырабатывают вещества, убивающие вредных вторженцев. Это тоже важная функция. У маленьких детей евстахиева труба нередко работает плоховато, что приводит к воспалению среднего уха, неприятному и опасному заболеванию.

Механическая энергия звуковых волн преобразуется в волосковых клетках в нервные импульсы, которые по самому короткому слуховому нерву поступают в мозг и, пройдя сложный путь в структурах мозга, в конце концов добираются до височной коры больших полушарий, где и осуществляется высший анализ звуков, в том числе сложных звуковых потоков человеческой речи.

 

Понюхай, чем пахнет!

В обыденной жизни мы обычно не замечаем, что постоянно пользуемся обонянием. Оно кажется нам лишним, необязательным и по сравнению со зрением, слухом и кожной чувствительностью не приносящим нам никакой пользы. Но случись у нас насморк, на несколько дней снизивший обоняние, и пища сразу делается невкусной. Виновато в этом не небольшое повышение температуры и не легкое недомогание, часто сопровождающееся снижением аппетита, а именно нарушение обоняния.

Любой посторонний запах, даже приятный, резко снижает привлекательность любой пищи. Пролейте в щи какие–нибудь духи, даже самые лучшие и дорогие, например французские "Шанель" или отечественные "Золото скифов", и попробуйте съесть тарелку этих щей. Чтобы испортить аппетит, не обязательно добавлять в пищу пахучие вещества. В помещении, где царит неприятный запах, даже изысканные лакомства в рот не пойдут.

На человеческий вкус, запахи делятся на приятные и очень приятные, на неприятные и практически непереносимые. Интересно, что всем животным нравится их природный запах, и при общении между собой они не стараются его изменить. Только хищники, отправляясь на охоту, стараются перепачкаться в чем–нибудь пахучем, замаскировать каким–нибудь посторонним запахом свой природный. Наверное, каждому приходилось наблюдать, как хорошо воспитанная собака, найдя в парке дохлого воробья или голову сырокопченой рыбы, начинает на них кататься и об них тереться. Хищники это делают для маскировки, чтобы возможная жертва их не учуяла. Манера маскировать свой запах у хищников врожденная, и отучить собаку от этой вредной привычки практически невозможно. Так относятся к своему запаху животные, и только у людей появилась привычка при общении друг с другом маскировать свой природный запах. Для этого изобретены всевозможные одеколоны и духи. А между тем запах молодого, здорового и, надо ли говорить, чистого тела воспринимается нами как очень привлекательный и приятный.

Многие животные, в том числе собаки, обладают непревзойденным обонянием. Мой песик не испытывает ни малейшего затруднения, когда его просят найти из дюжины расставленных на полу тарелок ту, к которой я накануне прикоснулся пальцем, и ни в коем случае не спутает ее с тарелкой, до которой дотронулась моя жена. Собаки по следам прекрасно находят дичь, разыскивают преступников, на таможне обнаруживают тщательно спрятанные наркотики.

А многие ли из вас, ребята, могут похвастаться тем, что с закрытыми глазами отличат по запаху своего братишку от 5–6 его сверстников или определят, что из одежды принадлежит матери, а что отцу?

Как известно, для анализа запахов предназначен нос. На внутренних стенках носовых обонятельных полостей находятся обонятельные клетки. Чувствительность носа в первую очередь зависит от общего количества обонятельных клеток, которыми .располагает человек и животные. У людей площадь стенок обонятельной полости равна всего пяти квадратным сантиметрам, на которых расположено около 6 миллионов обонятельных клеток. У собак площадь стенок обонятельных полостей достигает 100 квадратных сантиметров и содержит около 220 миллионов чувствительных клеток. В 35 раз больше! В результате нос собаки в миллион раз чувствительнее человеческого.

Обонятельные клетки человека не обладают высокой чувствительностью. Они способны почувствовать запах и возбудиться, если на клетку будут одновременно действовать не менее 8 молекул пахучего вещества. Только тогда чувствительная клетка начнет посылать информацию в мозг. В свою очередь, мозг ощутит запах, если получит сообщение не менее чем от 40 обонятельных клеток.

Каждая обонятельная клетка человека снабжена одним из 7–14 типов приемных устройств, каждое из которых настроено на восприятие лишь одного типа запахов. 7–14 типов приемников не много, тем не менее обонятельно одаренные люди узнают с их помощью больше 10 тысяч запахов. Кролик, вероятно, располагает 24 типами приемных устройств, а собака 25–35. От количества приемных устройств зависит способность различать и запоминать близкие запахи.

Мизерные обонятельные способности современного горожанина отчасти объясняются плохой тренированностью нашего носа. А вот пигмеи африканских джунглей во время охоты широко пользуются им. Среди промысловых охотников Сибири попадаются люди, способные в кромешной тьме свободно ходить по лесу. Обоняние помогает им ощущать запах древесных стволов и не натыкаться на них в потемках. Слепые от рождения люди обычно обладают утонченным обонянием, тренируя его с раннего детства, что отчасти компенсирует им отсутствие зрения.

 

Секреты обоняния

Нельзя сказать, что ученых не интересовал вопрос, как различают запах обонятельные клетки. Интересовал, но окончательно разобраться в этом вопросе до сих пор не удалось, хотя придумано много теорий, старающихся объяснить секреты взаимодействия обонятельных клеток с пахучими веществами.

В настоящее время большинство ученых считают, что пахучие вещества и чувствительные обонятельные клетки взаимодействуют, как ключ и замок. Видимо, запах любого вещества напрямую не связан с химическими особенностями атомов, из которых состоят молекулы пахучих веществ, а зависит исключительно от размера и формы их молекул, от распределения на их поверхности электрических зарядов или наличия особых участков. В соответствии с этим на поверхности обонятельных клеток находятся лунки, имеющие форму молекул пахучих веществ. Если молекула пахучего вещества попадает в соответствующую ей лунку и благодаря соответствию своей формы, а также с помощью электрических зарядов или других приспособлений прочно в ней удерживается, обонятельная клетка возбуждается и посылает в мозг сигнал, что ощущает присутствие молекул определенной формы, то есть о том, что уловила определенный запах.

Считается, что подобно тому, как все мыслимые оттенки цвета могут быть получены путем смешения семи основных цветов, так и запахи могут быть составлены из 7–14 первичных запахов: камфорного, мускусного, цветочного, мятного, эфирного, едкого и гнилостного.

Камфорным запахом обладают небольшие шаровидные молекулы, состоящие из 8–30 атомов диаметром 0,000 007 миллиметра.

Молекула самой камфоры, формула которой – С10Н16О, состоит из 27 атомов: 10 атомов углерода, 16 атомов водорода и 1 атома кислорода.

Молекулы вещества с мускусным запахом имеют форму плоского диска диаметром 0,000 001 миллиметра. У молекул с цветочным запахом – дискообразная головка диаметром 0,000 009 миллиметра и хвостиком толщиною 0,000 004 миллиметра и длиной не меньше 0,000 007 миллиметра, слегка поджатым, как у провинившейся собаки. Поэтому углубление в лунке для хвостика должно быть значительнее, чем для головки.

"Замочная скважина" для веществ с эфирным запахом имеет продолговатую форму. Ее ширина равняется всего 5, глубина 4, а длина 17 десятимиллионным частям миллиметра. Предполагается, что крупные молекулы, имеющие эфирный запах, полностью заполняют лунку, а маленькие укладываются туда по две.

Едкий и гнилостный запахи свойственны очень маленьким молекулам. Молекулы, имеющие едкий запах, несут положительный заряд, а гнилостный – отрицательный заряд. "Ключи" по форме и размеру должны соответствовать "замочной скважине". Слишком маленький "ключ" вывалится раньше, чем клетка почувствует его присутствие, а чересчур большой вообще туда не попадет. Поэтому вещества, состоящие из очень маленьких молекул, таких, как вода (она состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода), и из таких больших, как многие белки, состоящие из сотен атомов разных веществ, запаха не имеют.

В молекуле пахучего вещества важно местонахождение заряда, или особой группы атомов. Они должны лечь только на соответствующее устройство "замочной скважины". От этого зависит запах. Молекула, состоящая из 11 атомов углерода, 22 атомов водорода и одного атома кислорода

СН3–СО–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН3

(на самом деле, молекула не имеет такой прямой линейной формы) пахнет рутой (рута – небольшое растение, в диком виде растущее в Крыму). Присмотревшись к этой молекуле, нетрудно заметить, что атом кислорода, который двойной связью крепится ко второму слева атому углерода, нетрудно переместить к третьему, четвертому, пятому или шестому атому углерода этой цепной молекулы. Что же при этом произойдет с запахом?

Оказывается, при перемещении атома кислорода к середине молекулы запах руты постепенно убывает, и возникает фруктовый запах. Видимо, существуют разные "замочные скважины" для молекул с кислородом, находящимся в конце и в середине цепочки атомов углерода.

Известно несколько веществ с общей для всех кольцеобразной формой молекул, с коротеньким хвостиком, имеющих одинаковый размер, но собранных из различных атомов и в химическом отношении не имеющих ничего общего, хотя они и обладают запахом миндаля. Замена в кольцевой части молекулы одного из атомов водорода соединением из атомов кислорода, углерода и двух атомов водорода (ОСН2) изменяет их запах на ванильный.

Молекулы многих веществ, строго сохраняя свое химическое строение и состав, могут иметь различную форму.

Две различные формы может иметь молекула вещества, состоящего из 6 атомов углерода, 10 атомов водорода и одного атома кислорода. Упрощенно их форму можно передать следующим образом:

НС–СН2–СН3

СН–СН2–СНО

СН3–СН2–СН

СН–СН2–СНО

Их запах не имеет ничего общего.

Сложный запах может создаваться при одновременном действии нескольких различных молекул или благодаря тому, что молекула пахучего вещества действует одновременно разными своими частями на несколько чувствительных участков обонятельной клетки. Крупные молекулы могут одновременно дотягиваться до двух "замочных скважин". Мелкие занимают первую попавшуюся.

 

Гурманы и дегустаторы

Вкус пищи у человека определяет химическая "лаборатория", находящаяся во рту. Она работает в содружестве с обонятельной "лабораторией", определяя качество и привлекательность пищи. Расположение вкусового анализатора именно во рту кажется наиболее удачным, конечно с нашей человеческой точки зрения. Кое–кому это не подходит. У комнатной мухи вкусовой анализатор расположен на лапках. Ей это удобно. Сядет муха на кусочек протухшей колбасы – и ей сразу ясно, что она нашла что–то вкусненькое.

Гамма вкусовых ощущений также создается путем сочетания простых компонентов. Их гораздо меньше, чем обонятельных. Для человека называют 4: сладкое, соленое, кислое, горькое. Есть животные, способные почувствовать вкус только одного–двух элементов.

У синей мухи вкусовые рецепторы находятся на покрытом волосками хоботке. В основании каждого волоска три чувствительные клетки. Удалось выяснить, что две из них анализируют вкус, третья служит осязательным рецептором. В микроскоп видно, что одна из обонятельных клеток похожа на букву S, другая имеет форму запятой. Надев на волосок тончайшую капиллярную–трубочку, заполненную исследуемым веществом, и регистрируя электрические реакции нервных волокон, ученые подслушали, какие сообщения посылают рецепторы крохотному мушиному мозгу. Оказалось, что S–образная клетка реагирует только на сахар, а вторая – на такие вещества, как соль, кислоты, алкоголь, но ни при каких условиях не отвечает на сахар.

Сахарные рецепторы всех волосков хоботка посылают сигналы в пищевой центр и запускают его работу. Синяя муха питается сахарами. Остальные вещества, возбуждая второй вкусовой рецептор, затормаживают пищевой центр. Что попало муха есть не будет.

Вкусовые рецепторы мухи реагируют не на химическую природу, а на размер и форму молекул. Такое предположение позволило сделать специальные опыты. Синюю муху кормили четырьмя различными веществами, состоящими из одних и тех же атомов, но соединенных по–разному. Запятообразный рецептор возбуждался трмвмя из этих веществ, S–образный – четвертым.

Вкусовая "лаборатория" позвоночных, определяя вкус пищи, видимо, пользуется другими принципами: ее интересует химический состав попавших в рот веществ. В этом есть определенный резон. Едоку важно не только получить удовольствие от еды, ему не менее важно знать, съедобна ли и питательна лц пища. Ученые исследовали белки участка языка коровы, который более всего чувствителен к сладкому. Они обнаружили особый белок, легко взаимодействующий и с естественным, и с синтетическим сахаром – с молекулами, сходными с молекулами природных сахаров. Специальная комиссия дегустаторов определила, какое из испытанных веществ является наиболее сладким. Выяснилось, что чем сильнее химическая связь между белками чувствительных вкусовых клеток, тем слаще это вещество казалось дегустаторам.

Позже ученые выделили из области вкусовых бугорков языка коровы еще один белок. Он взаимодействует с молекулами веществ, имеющих горький вкус.

Вкусовая чувствительность человека и животных неодинакова. Для лосей, зайцев, бобров кора молодых осин – непревзойденное лакомство, а для человека она нестерпимо горькая. Приобретая неприятный вкус, многие беззащитные животные и растения спасаются от возможных врагов. В природе этот способ борьбы за существование имеет широкое распространение.

Его, например, используют для обороны примитивные морские животные – асцидии. Они бывают разных размеров – от нескольких миллиметров до полуметра в высоту. Внешне асцидии похожи на мешочек или солдатский кисет, набитый табаком. Ни колючек, ни когтей, ни щупалец они не имеют и обороняться не в состоянии. Конечностей у них тоже нет и удрать от врагов они не могут, так как ведут неподвижный образ жизни, намертво прикрепившись к чему–нибудь твердому. Как же они спасаются от врагов? Что позволяет им выжить?

Оказывается, что у асцидий просто нет врагов, так как они приобрели очень кислый вкус, что для морских организмов является большой редкостью. Кроме того, в теле асцидий концентрация редкого в природе вещества ванадия в 500 раз выше, чем в окружающей морской воде. Ванадий тоже делает пищу невкусной, а если он содержится в ней в больших количествах, то и несъедобной. Вот почему асцидий в море никто не обижает!

 

Лакомки

У человека и позвоночных животных анализ вкуса пищевых веществ осуществляется в специальных приемниках – вкусовых почках. Эти крохотные овальные образования находятся у человека на вкусовых сосочках слизистой оболочки языка. В микроскоп видно, что почки, как апельсины из долек, сложены из продолговатых клеток. Часть этих клеток – вкусовые. У них на верхнем конце находятся маленькие штифтики, высовывающиеся в полость пор, открывающихся на поверхности языка. Штифтики – аналоги ворсинки, которую положено иметь любой чувствительной клетке. Они и являются приёмниками вкуса.

У взрослого человека вкусовые почки находятся только на языке. Их около 10 тысяч. Каждое из четырех основных вкусовых ощущении возникает лишь в специализированных вкусовых почках. У человека почки, чувствительные к сладкому, находятся главным образом на кончике языка, к кислому – по его краям, к соленому – по краям языка и на его кончике, к горькому – в районе корня языка.

Кажется удивительным, что вся огромная масса вкусовых оттенков строится всего из четырех первичных вкусовых ощущений. Действительно, смешивая в разных пропорциях соль, сахар, уксус и хину (одно из наиболее горьких веществ), нам никогда не удастся воспроизвести вкус телячьей котлетки, шоколадки или грибной солянки. Дело в том, что для наслаждения пищей одних вкусовых ощущений недостаточно. Нужны другие, дополнительные. Одно из главных – обоняние. Серьезное значение на вкус пищи оказывает ее температура. Подогретый арбуз или огурец, остывшее жаркое покажутся невкусными, во всяком случае, вкус их существенно изменится. На самом деле вкус остывшего мяса или подогретого арбуза никак не меняется, ведь их химический состав остается прежним. Все дело в теплоощущении.

Существенное значение имеет осязательное чувство, зависящее от формы, размера и твердости частичек пищи. Кажется, что каша, сваренная жидко и круто, имеет разный вкус. Но это – результат вмешательства осязательного чувства. Экстракт, полученный из круто и жидко сваренной пищи, на вкус неразличим. Кстати, вкус остывшего жаркого также меняется из–за изменения осязательных ощущений. При разжевывании кусочков холодного мяса остывший жир, размазываясь тонюсеньким слоем по языку, нёбу и деснам, вызывает неприятные осязательные ощущения.

На вкус пищи влияют и ощущения, исходящие от жевательных мышц. Жесткое мясо кажется невкусным из–за дополнительных ощущений, возникающих в жевательных мышцах при возрастании нагрузки. Для восприятия вкуса пищи важны и болевые ощущения. Острый, жгучий вкус некоторых сортов пищи – результат болевых ощущений. Их вызывают многие приправы: перец, горчица, редька.

Говорят, что о вкусах спорить бесполезно: у каждого существа свои вкусовые пристрастия. Однако больше всего на свете сластён, и не только среди людей. Большинство высших животных – собаки, медведи, слоны, крысы и мыши – сластёны. Для лошади только арбузная корка может показаться большим лакомством, чем кусок сахара. Но есть животные, совершенно равнодушные к сладкому. В их числе кошки, от льва до домашней мурки.

Человека и животных можно временно лишить способности ощущать вкус пищи. В Средней Азии растет интересное растение – гимнема сильвестра. Если пожевать лист этого растения, полностью исчезнет чувствительность к сладкому, и кусочек сахара покажется совершенно безвкусным. После нескольких листьев перестает восприниматься горечь, и человек не сможет таблетку хинина отличить по вкусу от кусочка мела. Способность ощущать соленый и кислый вкус гимнема не нарушает.

Для ученых оказалось совершенно неожиданным, что у каждого человека слюна неповторима. Вероятно, на Земле нет двух людей с совершенно одинаковым составом слюны. Она важна для вкусоощущения. Вкус некоторых веществ можно ощутить только в том случае, если они растворены в нашей собственной слюне. Поместив на совершенно сухой язык каплю чужой слюны с растворенным в ней вкусовым веществом, мы не ощутим ее вкуса, пока не добавим к ней немножко собственной слюны.

Целью экспедиций многих европейских путешественников – Марко Поло, Христофора Колумба, Васко да Гамы – был поиск пути в страны Восточной Азии, чтобы получить возможность доставлять оттуда пряности: имбирь, перец, корицу, гвоздику, кардамон, ваниль. Пряности в те времена ценились на вес золота. А между тем, кроме вкусовых ощущений, никакой пользы они не приносят. Их даже нельзя отнести к пищевым веществам!

Вкус – наименее изученное чувство. Народонаселение нашей планеты быстро увеличивается, и ученые ведут поиск новых пищевых веществ. Они должны быть не только питательными, но и обладать отменным вкусом. Вот почему вкусовые почки языка привлекают сегодня пристальное внимание ученых.