Нейробиолог из американского Университета Ратгерса Джон Макганн (John McGann) назвал точку зрения о слабом по сравнению с другими млекопитающими человеческом обонянии «мифом XIX века». По его мнению, люди умеют воспринимать запахи и пользуются этим ничуть не хуже своих эволюционных предков. Свои доводы он приводит на страницах журнала Science. Разберемся, насколько они убедительны.
John P. McGann / Science, 2017
Мифотворцы
Мнение о том, что люди обладают сравнительно слабым обонянием, широко распространено в научных и широких кругах. Анализируя его историческое происхождение, Макганн рассказывает о роли выдающегося французского анатома и антрополога Поля Брока.
Проводя сравнительные анатомические исследования, Брока заметил, что у человека лобные доли мозга значительно больше по размеру, чем у других животных, не обладающих сложными когнитивными навыками и речью. Нарушения этих функций наблюдались и у пациентов с повреждениями этого отдела мозга, из чего ученый сделал вывод, что человеческий интеллект физически базируется в сером веществе лобных долей.
Дальнейшее изучение показало, что обонятельные луковицы, расположенные под лобными долями и принимающие информацию от обонятельных нервов, у человека имеют меньший относительный размер, чем у большинства других млекопитающих, и соединены с остальным мозгом сравнительно тонкими обонятельными путями. Учитывая то, что поведение человека также в меньшей степени зависит от запахов, Брока решил, что в процессе эволюции обонятельные луковицы уменьшились, чтобы дать место массивным лобным долям, в результате чего человеческое обоняние существенно ослабилось.
На основании этой точки зрения ученый разделил всех млекопитающих на «обонятельных» (osmatique), для которых запахи имеют первостепенное значение, и «необонятельных» (anosmatiques). Последние, по его мнению, подразделяются еще на две категории: водные млекопитающие, такие как китообразные, у которых обонятельные структуры практически отсутствуют, и приматы (включая людей), обладающие крупными лобными долями и меньше использующие обоняние.
Эту классификацию поддержали последующие специалисты, такие как британский анатом Уильям Тернер (William Turner), американский невролог Чарлз Херрик (Charles Herrick) и другие. Свою роль сыграл и знакомый с работами Брока знаменитый психолог Зигмунд Фрейд. Он считал, что обоняние лежит в основе инстинктивного полового поведения у животных, а у человека утрачивает свое значение после детских анальной и оральной стадий, описанных в его теории психосексуального развития.
«Таким образом, Брока и Фрейд придали псевдонаучный глянец идее о том, что обоняние действует противоположно свободной рациональности, которая делает людей цивилизованными и отличает от других животных», — заключает Макганн.
Гены и пропорции
Мнение о слабом обонянии человека сохранилось и по сей день. Как пишет Макганн, этому способствовали работы, показавшие, что из примерно 1000 человеческих генов обонятельных рецепторов лишь около 390 кодируют рецепторные белки, а остальные являются псевдогенами («сломанными» копиями генов), в то время как, например, у мыши это соотношение равняется примерно 1100 к 900. Это послужило основой для идеи о том, что способность воспринимать запахи утратила для человека ведущее эволюционное значение после того, как у него появилось развитое трехцветное зрение. Тем не менее, впоследствии было показано, что порядка 60 процентов человеческих «псевдогенов» на самом деле транскрибируются в матричную РНК в обонятельном эпителии (то есть псевдогенами, по сути, не являются), отмечает Макганн.
Еще одним доводом сторонников относительной слабости человеческого обоняния стали небольшие размеры обонятельных луковиц по отношению к мозгу в целом: у гоминид они составляют около 0,01 процента объема мозга против двух процентов у мыши. При этом до 96 процентов мозговых структур пропорциональны общему размеру мозга у разных млекопитающих.
Сопоставление относительных и абсолютных размеров обонятельных луковиц человека и мыши
John P. McGann / Science, 2017
Как пишет Макганн, обонятельные луковицы входят в четыре процента исключений из этого правила. Причины этого могут заключаться в неравномерности эволюционного масштабирования разных мозговых структур и определенной независимости обонятельной системы от остального мозга. Кроме того, у других животных относительные размеры обонятельных луковиц также уменьшаются с увеличением мозга, что, однако, не влияет на восприятие запахов. Поэтому, считает ученый, более целесообразно сопоставлять не относительные, а абсолютные объемы этих структур. Так, у человека обонятельные луковицы имеют в среднем объем около 60 кубических миллиметров против примерно 27 кубических миллиметров у крысы и от 3 до 10 кубических миллиметров у мыши.
Нейроны и клубочки
Еще одним важным фактором, определяющим функции обоняния, является число нейронов в обонятельном анализаторе. У тех видов млекопитающих, для которых оно установлено, разница не превышает 10 миллионов клеток. Это соответствует максимум 28-кратному разбегу по числу нейронов при 5800-кратном разбеге по массе тела. По мнению Макганна, подобное сопоставимое число нейронов у разных видов связано с тем, что все они живут в мире запахов и нуждаются в них примерно в равной степени (этот момент несколько спорен, поскольку обонятельное окружение разных видов может сильно варьировать, но и число нейронов все же отличается не в разы, а на порядки). В то же время, рост объема и клеточного состава мозговых структур происходит при необходимости выполнения расширенных функций, например, более четкой координации движений и т. д.
Количество нейронов в обонятельных луковицах разных видов млекопитающих
John P. McGann / Science, 2017
Также автор статьи отмечает особую организацию обонятельных структур человека. Структурными элементами обонятельных луковиц служат клубочки, каждый из которых собирает информацию от субпопуляции сенсорных нейронов, экспрессирующих одинаковые обонятельные рецепторы, то есть интегрирует аналогичные стимулы. У человека таких клубочков около 5600, что больше, чем у мышей (примерно 1800) и крыс (примерно 2400). В сочетании с меньшим числом функциональных рецепторных генов у людей это значит, что информацию с каждого типа человеческого рецептора могут обрабатывать около 16 клубочков, в то время как у грызунов — не больше двух.
В отличие от грызунов и многих других млекопитающих у гоминид нейроны обонятельных луковиц не обновляются в течение жизни, что может показаться признаком рудиментарности обоняния. Тем не менее, пишет Макганн, необходимую пластичность человеческому обонятельному анализатору придают его гораздо более развитые корковые центры, интерпретирующие информацию о запахах и помещающие ее в контекстные и семантические сети мозга.
Практические испытания
В финале Макганн приводит наиболее решительный аргумент в пользу силы человеческого обоняния — его функциональные способности. Как показало недавнее исследование, при неповрежденном анализаторе люди, как и другие млекопитающие, способны улавливать летучие соединения в количестве от нескольких молекул и различать до триллиона запахов, что в сотни миллионов раз превышает предыдущие оценки.
При этом чувствительность разных видов к различным запахам подвержена естественной вариабельности и во многом зависит от необходимости. Сравнение людей с другими млекопитающими показывает сопоставимую способность воспринимать запахи в целом, причем по отдельным соединениям (например, 3-меркапто-3-метилбутилформиату, n-пентаноевой и n-октаноевой кислотам) человек занимает лидирующие позиции.
Чувствительность к летучим веществам человека и животных
John P. McGann (adapted from Can Güven and Laska) / Science, 2017
Также автор статьи возражает против незначительного влияния обоняния на человеческое поведение. Он отмечает, что запахи могут вызывать специфические воспоминания и эмоции, влиять на активацию автономной нервной системы, дополнять восприятие стресса и аффекта и т. д. Они также играют важную роль в невербальном общении: запах каждого человека зависит не только от питания и окружающей среды, но и взаимодействует с иммунными маркерами тканевой совместимости, помогая распознавать родственных индивидов. Это, в свою очередь, может влиять на половой интерес, а также давать дополнительную информацию о тревожности или агрессии другого человека. Хотя подобные эффекты запахов редко воспринимаются сознательно, они могут приобретать выраженное значение в травмирующих обстоятельствах — так, обонятельные галлюцинации часто бывают одним из симптомов посттравматического стрессового расстройства.
«Наше чувство обоняния гораздо более важно, чем мы думаем», — заключает Макганн.
Текст: Олег Лищук
Poor human olfaction is a 19th-century myth
John P. McGann
Science 12 May 2017:
Vol. 356, Issue 6338, eaam7263
DOI: 10.1126/science.aam7263
