Высокая концентрация запаховых молекул отключает чувствительные нейроны — они ждут, когда сила запаха упадёт до нуля.
(Фото: Ruslan Zh / Unsplash.com)
Открыть в полном размере
Даже очень приятный запах, становясь слишком сильным, может превратиться в оттакивающий. И дело не столько в интенсивности запаха, сколько в том, что он меняется в нашем восприятии — приятные оттенки сменяются неприятными. Сотрудники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре пишут в Science Advances, что так происходит потому, что многие обонятельные нейроны с усилением запаха просто перестают работать. Это идёт вразрез с тем, как обычно представляют механизм обоняния. У нас в носу есть около 10 миллионов нейронов с обонятельными рецепторами, причём каждый отдельный нейрон несёт на себе только какой-то один вид рецепторов. В то же время рецепторы не обязательно связываются только с какой-то одной-единственной молекулой — они могут хватать разные запаховые вещества. И чувствительность у них тоже разная: одному нейрону достаточно небольшого количества запаховых молекул, чтобы отреагировать на них и послать импульс в мозг, а другому, наоборот, нужно, чтобы этих молекул летало вокруг него побольше.
Обычно запах состоит из множества разных компонентов, и мозг собирает готовое ощущение, анализируя мозаику активировавшихся обонятельных нейронов. Как работает нейрон, когда запах усиливается? Предполагалось, что всё происходит так: сначала нейрон молчит, потом он начинает работать — то есть посылать импульсы в ответ на появившиеся молекулы, и чем больше молекул становится, тем активнее работает нейрон. В конце концов его активность выходит на плато: запах может становиться сильнее, но нейрон и так работает на максимуме. В зависимости от чувствительности, в нейронный оркестр раньше или позже включатся другие обонятельные нейроны, которые тоже выходят на своё плато по мере усиления запаха.
Но когда исследователи экспериментировали с личинками дрозофил, оказалось, что их поведение к такому механизму работы обонятельных нейронов не очень подходит. Личинок дрозофил взяли в опыты потому, что у них всего двадцать один обонятельный рецептор и двадцать один обонятельный нейрон: с таким небольшим числом легко разобраться, что делает тот или другой нейрон, и точно также такое небольшое число рецепторов легко отключать по отдельности или в разных комбинациях.
Исследователи отключали у личинок все рецепторы, кроме одного. Личинка ползла на запах, который чувствовала одним-единственным рабочим рецептором — запах был для неё приятным и заманчивым. Но, приблизившись на определённое расстояние к источнику запаха, она вдруг переставала ползти прямо к нему и начинала ползать вокруг него. Эксперимент повторили с другим нейроном, менее чувствительным к запаху; личинка подползла ближе, чем в первый раз, но потом опять начала ползать кругами. Всё выглядело так, что на какой-то определённой концентрации запаха личинка переставала его чувствовать, и чтобы удержать приятные ощущения, она старалась к нему не слишком приближаться.
Понаблюдав за личинками, исследователи решили посмотреть, как ведут себя личиночные нейроны. Действительно, оказалось, что на определённой концентрации запаховых веществ нейроны вдруг перестают работать. Вместо предполагаемого плато активности у них происходит обвал до нуля — они просто перестают чувствовать запах. Чтобы нейрон опять заработал, концентрация запахового вещества должна снизиться, причём не до какого-то порогового значения, а до нуля.
Вообще говоря, о том, что нейроны в принципе могут так реагировать на слишком сильный раздражитель, было известно и раньше, но до сих пор это наблюдали при разных патологиях (например, при эпилепсии), и никто не думал, что такое случается в естественном, здоровом состоянии. Скорее всего, нейронную активность подавляет какой-то из ионных каналов, который при слишком сильном сенсорном раздражении так перенаправляет потоки ионов через клеточную мембрану, что нейрон просто не может сгенерировать импульс.
Когда запах усиливается, на него постепенно начинают реагировать нейроны с меньшей чувствительностью — но одновременно на него перестают реагировать нейроны с большей чувствительностью, которые реагировали на него при меньшей концентрации запаховых молекул. Такой принцип работы с отключением нейронов, которые в буквальном смысле не выносят высоких концентраций пахучих соединений, позволяет различать между собой именно сильные запахи: некоторых веществ в них всё равно будет больше, а некоторых меньше, и как раз благодаря отключившимся обонятельным нейронам мозг поймёт, чем один аромат отличается от другого. В перспективе ещё нужно проверить, насколько результаты экспериментов на личинках мух распространяются на обоняние позвоночных животных в целом и зверей в частности, но есть все основания полагать, что наши обонятельные нейроны ведут себя так же.