Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

Структура генов вкусовых рецепторов птиц тоже весьма интересна (рис. 4.1). У всех птиц очень мало генов рецепторов TAS2: больше всего у американских воронов и зябликов – семь работающих генов рецепторов горького, а вот у пингвинов их нет совсем. Существует и экологическая корреляция рациона с количеством генов рецепторов TAS2. Используя похожую аргументацию, Ли и Чжан, Кай Ван и Хуабинь Чжао утверждают, что у растительноядных (и некоторых насекомоядных) птиц, как правило, больше генов рецептора TAS2. Пингвины – это другая история, поскольку они тоже были изучены на предмет утраты генов вкусовых рецепторов четырех вкусов, и результаты этого исследования показывают, что пингвины потеряли способность чувствовать сладкий, горький и умами, но при этом сохранили рецепторы, предположительно воспринимающие кислый и соленый вкус. Другие птицы, по-видимому, сохранили почти все эти вкусовые рецепторы: лишь некоторые виды потеряли рецепторы, различающие сладкий вкус. У пингвинов, в отличие от других птиц, нет вкусовых рецепторов на языке, и они проглатывают пищу целиком, избегая необходимости распознавать вкус, отличный от соленого. Стоит отметить, что только появившаяся способность секвенировать полные геномы микробов, животных и растений позволяет делать такие выводы. И в перспективе, по мере секвенирования геномов все большего числа организмов, будет реализовано объединение экологии питания с генетическими и молекулярными аспектами вкуса.

Любой, кто был в Нью-Йорке в середине июля, может подтвердить, что наши органы обоняния довольно хорошо улавливают неприятные запахи. В разгар лета запах там столь ужасен, что это даже побудило автора одной книги назвать город Фу-Йорком[10]. А вот дрозофила обыкновенная рада кучам мусора, источающим сильный смрад в Фу-Йорке. Уже больше ста лет эта мушка выступает в роли рабочей лошадки биологии: все кому не лень использовали ее и в хвост и в гриву, чтобы понять механизмы обоняния. В начале XX века Чарльз Вудворт впервые предположил, что это крошечное насекомое, известное также как фруктовая мушка, могло бы стать отличным объектом для экспериментов. Дрозофила – идеальная подопытная: быстро размножается (каждые десять дней) и легко разводится в лабораторных условиях (немного бананового и яблочного соуса, смешанных с овсянкой и уксусом, – и дело в шляпе). Томас Хант Морган выбрал мушку для своих экспериментов еще в начале 1900-х годов, и она быстро оправдала возложенное на нее доверие: у крошки обнаружились несколько очень заметных спонтанных мутаций (среди прочих – белые глаза и загнутые кверху крылья), и генетик смог использовать их для разработки законов скрещивания генов в хромосомах. А еще фруктовая мушка сыграла удивительную роль в понимании механики обоняния. В 1907 году Уильям Мортон Берроуз предположил, что именно запах регулирует поведение дрозофилы. Он писал: «Тот факт, что подгнившие фрукты, которыми они питаются, постоянно генерируют спирты и другие родственные соединения, заставил меня подозревать, что именно эти вещества и привлекают мушек».

Чтобы окончательно подтвердить, что мушки реагируют на химические запахи, Берроуз провел гениальные эксперименты. Только пятьдесят лет спустя появились более совершенные методы для получения мутантов дрозофилы с развитыми обонятельными органами. Было изобретено несколько оригинальных устройств для проверки в лабораторных условиях обонятельной способности мутировавшей мушки. Наиболее часто используют так называемую Y-образную трубку, где Y развернут вертикально. Из трубки откачивают воздух, чтобы устранить посторонние запахи. В конец одной из наклонных частей Y помещают источник исследуемого запаха, а другую часть – контрольную – оставляют без запаха. Мухи будут рефлекторно и целенаправленно подниматься вверх по трубке (технический термин подобного явления – отрицательный геотаксис[11]) до места соединения двух наклонных частей Y. А вот там им уже придется принимать решение на основе собственных обонятельных предпочтений: нравится запах – двигайся в одну сторону, не нравится – в другую, а быть может, он абсолютно невыносим? Были разработаны очень точные методы подсчета и интерпретации данных, и они помогают выявить мутировавших мушек, которые либо теряют, либо приобретают способность обнаруживать специфические запахи (см. вставку 4.2).