Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу: читать начало книги онлайн

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»:

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:

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:

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).

[32] John Harvey Lovell, Flower Odors and Their Importance to Bees: A Series of Articles, American Bee Journal 15 (1934): 392.

[33] Frank Anthony Hampton, The Scent of Flowers and Leaves: Its Purpose and Relation to Man (London: Dulau, 1925).

[34] G. W. Septimus Piesse, The Art of Perfumery, and Method of Obtaining the Odors of Plants (Philadelphia: Lindsay and Blakiston, 1857); Edward Sagarin, The Science and Art of Perfumery (London: McGraw-Hill, 1945); Mandy Aftel, Essence and Alchemy: A Book of Perfume (New York: North Point Press, 2001); Matthias Guentert, The Flavour and Fragrance Industry – Past, Present, and Future, in Flavours and Fragrances (Berlin: Springer, 2007), 1–14.

[35] Andrea Büttner, Springer Handbook of Odor (New York: Springer, 2017), 4–5.

[36] Robert Boyle, Experiments and Observations about the Mechanical Production of Odours (London: E. Flesher, 1675).

[37] Lawrence M. Principe, The Aspiring Adept: Robert Boyle and His Alchemical Quest (Princeton, NJ: Princeton University Press, 2000).

[38] Robert Boyle, The Philosophical Works of the Honourable Robert Boyle Esq., in Three Volumes, ed. Peter Shaw, vol. 1 (London: W. Innys, R. Manby, and T. Longman, 1738), 412.

[39] Herman Boerhaave, Of the Smelling, in Dr. Boerhaave’s Academical Lectures on the Theory of Physic, vol. 4 (London: W. Innys, 1745), 39–54, 40.

[40] Antoine-François de Fourcroy, Mémoire sur l’esprit recteur de Boerhaave, Annales de chimie 26 (1798): 232.

[42] Friedrich Wöhler, Ueber künstliche Bildung des Harnstoffs, Annalen der Physik und Chemie 88, no. 2 (1828): 253–256.

[43] Günther Ohloff, Wilhelm Pickenhagen, and Philip Kraft, Scent and Chemistry: The Molecular World of Odors (Zürich: Wiley-VCH, 2011), 5.

[44] Jean-Baptiste Dumas, Über die vegetabilischen Substanzen, welche sich dem Campher nähert und Über einige Ätherische Öle, Justus Liebigs Annalen der Chemie 6, no. 3 (1833): 245–258.

[45] Ohloff, Pickenhagen, and Kraft, Scent and Chemistry, 5.

[46] Ferdinand Tiemann and Wilhelm Haarmann, Über das Coniferin und seine Umwandlung in das aromatische Princip der Vanille, Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 7, no. 1 (1874): 608–623.

[47] Karl Reimer, Über eine neue Bildungsweise aromatischer Aldehyde, Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 9, no. 1 (1876): 423–424.

[48] Firmenich, Firmenich & Co., Successors to Chuit Naef & Co., Geneva, 1895–1945 (Geneva: Firmenich, 1945); Percy Kemp, ed., An Odyssey of Flavors and Fragrances: Givaudan (New York: Abrams, 2016).

[49] Christopher Kemp, Floating Gold: A Natural (and Unnatural) History of Ambergris (Chicago: University of Chicago Press, 2012).

[50] Осмофорные группы – характерные функциональные группы в ароматических соединениях; термин происходит от греческих корней «осмо» и «форос» – запах и носитель. – Прим. пер.

[51] Leopold Ružička, Die Grundlagen der Geruchschemie, Chemiker-Zeitung 44, no. 1 (1920): 93, 129.

[52] Daniel Speich, Leopold Ruzicka und das Verhältnis von Wissenschaft und Wirtschaft in der Chemie, ETH History (blog), Eidgenossische Technische Hochschule Zürich [Swiss Federal Institute of Technology, Zurich], https://www.ethistory.ethz.ch/besichtigungen/touren/vitrinen/konjunkturkurven/vitrine61/

[53] Olivier Walusinski, Joseph Hippolyte Cloquet (1787–1840) – Physiology of Smell: Portrait of a Pioneer, Clinical and Translational Neuroscience 2, no. 1 (2018): 2514183X17738406.

[54] Hippolyte Cloquet, Osphrésiologie, ou traité des odeurs, de sens et des organes de l’olfaction (Paris: Chez Méquignon-Marvis, 1821).

[56] Zwaardemaker, Physiologie des Geruchs, 49–52.