Природа запаха

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 234↑

26.03.2003 Хронометраж

50:02

Стенограмма эфира

Что такое запах? Можно ли создать искусственный нос? Что происходит в собачьем носу и в собачьей голове, когда в считанные секунды она по запаху идентифицирует человека? Что такое феромоны и какова их биология, химия, семиотика, механизм действия и обонятельный образ? Генотипичен ли запах индивидуума? О природе запаха и химической коммуникации животных — химик Эдуард Зинкевич.

Участники:

Зинкевич Эдуард Петрович — кандидат химических наук, руководитель группы химической коммуникации и хеморецепции Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН, ведущий научный сотрудник

Материалы к программе:

Из статьи Э. П. Зинкевич, В. С. Васильевой «Химическая коммуникация млекопитающих: молекулярные подходы»:

Химическая коммуникация животных осуществляется с помощью феромонов — обонятельных сигналов — в основном летучих компонентов различных экскретов, кодирующих информацию о постоянных характеристиках особей и их состояниях, информацию, необходимую для сохранения жизни вида. Как правило, такие сигнальные вещества распространяются в воздушной среде и воспринимаются специализированными клетками-рецепторами основной обонятельной системы и дополнительных хеморецепторных систем (вомероназальной, общего химического чувства, вкусовой и др.). В химической коммуникации, в отличие от оптической и акустической, часто связанных с изучением обмена сигналами у особей в режиме диалога, исследуют, как правило, влияние обонятельных сигналов на поведение или состояние животных (по классической схеме «стимул — реакция»). Существенное отличие этой формы коммуникации от оптической и акустической состоит в том, что обонятельный сигнал может быть описан как дискретный знак в виде молекулярных структур и искусственно воссоздан.

Поведение млекопитающих как ответ на внешние стимулы не жестко детерминировано, и получение однозначных и хорошо воспроизводимых реакций на обонятельные сигналы требует учета значительного набора параметров. Тем не менее к настоящему времени для сотен видов млекопитающих получены надежные данные о значимости обонятельных сигналов в таких важных аспектах жизнедеятельности, как социальная организация, репродукция, взаимоотношения мать — детеныш и др. Запахи играют решающую роль в территориальном, половом, материнском поведении: стимулируют или снижают агрессивную реакцию, замедляют или ускоряют половое созревание, удлиняют или укорачивают половую циклику, синхронизуют ее, блокируют беременность на стадии имплантации, вызывают ложную беременность и т. д. Обонятельные сигналы ответственны за узнавание индивидуумов, пола, принадлежности к своему виду или виду хищника, физиологического состояния. Факторы, описываемые как «социальный стресс», «социальные взаимодействия», «внутривидовой конфликт», «социальное давление» решающим образом влияют на численность популяции и определяются сигналами разной природы, в том числе и химическими.

К настоящему времени показано множество эффектов влияния обонятельных сигналов на ЦНС, нейро-гуморальную и эндокринную системы многих видов млекопитающих, которые описываются как изменение физиологического состояния и поведения животных. Ключевыми и нерешенными проблемами химической коммуникации млекопитающих остаются химическая природа обонятельных сигналов млекопитающих, механизмы их узнавания и действия. Наши исследования молекулярных основ химической коммуникации млекопитающих имеют целью понимание механизмов изменения поведения животных и их физиологического состояния под воздействием естественных химических компонентов выделений животных, а также искусственно созданных аналогов. В связи с этим разрабатывались теоретические модели, позволяющие прогнозировать изменение поведения и состояния животных при воздействии обонятельных сигналов в контролируемых условиях. Для построения достаточно полной и непротиворечивой модели системы химической коммуникации необходимо установить химический состав летучих компонентов (и их предшественников) выделений животных, их происхождение и основные источники; выявить информативные признаки в составах летучих компонентов; определить границы соответствия инструментальных и сенсорных методов анализа смесей и индивидуальных веществ; выявить в составе выделений животных компоненты, необходимые и достаточные для изменения поведения или физиологического состояния особи; расшифровать химический код обонятельных сигналов; изучить молекулярные механизмы узнавания обонятельных стимулов и обонятельных сигналов; создать стандартные искусственные обонятельные стимулы для их использования при изучении физиологических механизмов их действия.

Обонятельные сигналы (феромоны) млекопитающих — это компоненты выделений, необходимые и достаточные для изменения физиологического состояния животных и их поведения. Экспериментальные исследования основываются на положении о том, что любые свойства молекулы являются функцией ее химического строения, описываемого пространственной химической формулой, а обонятельные свойства — топологическими параметрами вещества по крайней мере для соединений с жестким (например, стероидным) углеродным скелетом. В настоящее время не известно, какие конкретно параметры молекул летучих веществ (в том числе и феромонов) определяют их способность возбуждать обонятельные клетки.

Химический состав выделений млекопитающих. Выделения млекопитающих — многокомпонентные смеси веществ практически любых классов органических соединений. Их концентрации могут отличаться друг от друга на многие порядки, а химический состав — сильно варьировать в зависимости от типа экскрета, места взятия пробы, вида, пола, индивидуальности и состояния особи, ее диеты, состава микрофлоры и т. д. При этом обычные методы сравнительного физико-химического анализа не позволяют выявить специфические для той или иной группы животных летучие компоненты. Также не были определены общие для разных групп или состояний компоненты, которые были бы информативными благодаря преобладающим концентрациям.

Запах и распознавание вида. Распознавание принадлежности особи к своему виду представляется важнейшим этапом в поведении млекопитающих, предваряющим индивидуальные контакты между животными. Способность распознавать принадлежность к своему виду — одно из необходимых условий существования вида и поддержания его оптимальной численности. Обонятельные сигналы играют существенную роль у млекопитающих в этом распознавании, однако химическая природа подобного рода сигналов практически не известна.

С использованием хроматографических методов исследования секретов специфических кожных желез более 30 видов представителей пяти отрядов млекопитающих было установлено, что для каждого вида, а иногда и подвида, характерен свой набор групп компонентов. Хроматограммы, характеризующие групповой состав секрета, хорошо воспроизводятся для половозрелых животных внутри вида, независимо от пола, индивидуума, физиологического состояния, сезона, географической зоны и др. Это свидетельствует о том, что уже групповой состав (без разделения на индивидуальные компоненты) содержит информацию о виде млекопитающих.

Экспериментально было также показано, что животные могут определять принадлежность особи к собственному виду по комплексам обонятельных сигналов экскретов: у домовых мышей — по комбинации рН-зависимых и нейтральных веществ мочи, у серой крысы — по рН-зависимым веществам — определенным аминам, нейтрализованным низшими жирными кислотами, у золотистого хомячка — по легко летучим серусодержащим соединениям. Это свидетельствует о том, что феромоны, в данном случае — обонятельные сигналы, по которым грызуны распознают принадлежность к собственному виду, могут быть сложными смесями веществ — «обонятельными образами», содержащими компоненты, которые необходимы, но недостаточны без наличия других веществ для распознавания образа.

Запах и распознавание пола. Очевидно, что специфичными по полу являются компоненты выделений органов, которые существуют только у одного пола (у самцов это препуциальные и другие специфичные кожные железы, у самок — специфические кожные железы и вагина). Обычные кожные железы также могут содержать полоспецифичные химические компоненты. Так, качественный групповой состав секрета межпальцевой железы северного оленя самцов и самок идентичен, а половые различия были обнаружены в составе секрета тарзальной железы (качественные и количественные различия). Секрет подхвостовой железы у половозрелых самок и самцов выхухоли различается по количеству алифатических насыщенных и ненасыщенных пропилкетонов (качественный состав их одинаков). Этот признак можно использовать для определения пола.

Тест «продолжительность исследовательской реакции» самцами серой крысы обонятельных сигналов самок показал, что для распознавания пола и состояния эструса у самок своего вида необходимо и достаточно наличие в изучаемом образце кислот мочи. Также по кислотам самцы серых крыс различают пол особей не только у своего, но и у близкого вида — черной крысы. Аналогичным образом самки серых крыс различают пол сородичей.

При исследовании обонятельных сигналов мочи эстральных самок собак выяснилось, что самцы узнают самку по запаху рН-зависимых компонентов.

Вагинальные выделения самок золотистого хомячка вызывают у самцов половое поведение, даже если они нанесены на механическую модель. Методом химического вычитания мы установили, что необходимыми и достаточными компонентами в таком поведенческом тесте являются серусодержащие летучие компоненты, идентифицировать состав которых инструментальными методами не удавалось из-за низкого их содержания в выделениях (даже при увеличении их концентрации на 1–2 порядка).

Запах и узнавание индивидуумов. Взаимоотношения животных, в особенности формирование и поддержание социальной структуры сообществ, основаны на индивидуальном распознавании особями друг друга. Основополагающую роль в этом должны играть обонятельные сигналы, способные (в виде пахучих меток) не только длительно сохраняться, но и восприниматься в отсутствие оставившей их особи и даже в полной темноте. Способность распознавания индивидуумов по запаху является ключевой в общении конспецификов. Если химическая природа обонятельных сигналов видовой принадлежности, пола, стадий полового цикла или агрессивности для некоторых видов установлена, то данные о химическом составе обонятельных сигналов, позволяющих животным узнавать друг друга «в лицо», в настоящее время только начинают накапливаться.

Можно выделить два крайних варианта кодирования информации химическим составом: качественное (присутствие или отсутствие определенных компонентов) и количественное (разные соотношения одних и тех же компонентов), а также различные сочетания этих двух вариантов.

Из анализа данных химической коммуникации млекопитающих следует, что каждая особь имеет собственный обонятельный образ, который создается у другого животного в результате анализа и синтеза обонятельной системой летучих компонентов выделений. Возможность индивидуального распознавания по запаху определяется наличием инвариантных признаков, характерных для любой особи, наличием системы запоминания этих признаков и алгоритмов сравнения, позволяющих находить разницу между запоминаемыми признаками и набором предъявляемых.

Наиболее вероятно, что химический образ индивидуума — это большой набор значимых компонентов (сотни, тысячи), многие из которых являются общими для всех индивидуумов, но имеют широкий диапазон различий как в абсолютных концентрациях так и в количественных соотношениях, а некоторые — специфичны. При этом заранее не известно, какие компоненты или какой диапазон их концентраций является инвариантным для конкретной особи.

Результаты экспериментов по обонятельному различению особей своего вида серыми крысами показывают, что крысы способны обнаружить запах конкретного индивидуума, на который предварительно был выработан условный рефлекс, в смеси запахов других особей. Однако если количество индивидуальных запахов в смеси превышало 7, крыса не могла выявить конкретную особь.

Собака — редкий по доступности и изученности вид, для которого твердо доказано, что она запоминает и узнает индивидуумов (не конспецификов) по их обонятельным сигналам. Собака к тому же оказалась единственным видом, способным решать идентификационные задачи на протяжении всей своей жизни. Была разработана универсальная методика высокодостоверной идентификации индивидуумов по их пахучим следам в условиях лаборатории, позволяющая максимально избегать ошибки «второго рода» — неверного узнавания.

Каждый индивидуум регулярно выделяет в окружающее пространство тысячи веществ различной химической природы, концентрации многих из которых превышают пороги обонятельного восприятия собак. Для понимания процесса индивидуального распознавания собаками людей по их пахучим выделениям и использования этого феномена в практике необходимо знать, как минимум, классы химических соединений, по которым осуществляется идентификация.

Экспериментально было показано, что специально тренированные собаки легко узнают запах индивидуума (человека) независимо от того, какие выделения взяты для запоминания — смыв с поверхности кожи или кровь — и по какому из этих образцов происходит узнавание. Следовательно, эти образцы выделений содержат одинаковые компоненты, по которым и происходит идентификация.

На основании данных химического анализа пахучих компонентов выделений млекопитающих, а также многолетнего опыта хранения источников индивидуальных запахов, мы пришли к выводу, что информативными компонентами для создания индивидуального обонятельного образа, стабильными во времени на воздухе, могут быть липиды с молекулярной массой до 400, в частности органические кислоты. Эксперименты, проведенные на собаках, тренированных и постоянно используемых в обонятельной идентификации людей, показали, что действительно липиды выделений человека наиболее важны для подобного распознавания индивидуумов. Было также установлено, что именно фракция кислот ответственна за это распознавание, по крайней мере у некоторых собак. Собаки-реципиенты находят заданный им индивидуальный запах человека в кислотной фракции его выделений, состоящей в основном из алифатических кислот, и не обнаруживают заданного запаха в нейтральной и основной фракциях.

Принимая во внимание, что высшие жирные кислоты — это продукты клеточного метаболизма, обусловленного наследственностью, можно считать, что и запах индивидуума — генотипичен. Будучи конечными продуктами распада белков и липидов, эти кислоты устойчивы к дальнейшему окислению в воздухе, хорошо сохраняются в следах жизнедеятельности организма, что, вероятно, и обеспечивает постоянство диагностических признаков индивидуального запаха во времени. По сравнению с другими пахучими веществами высшие жирные кислоты воспринимаются собаками в предельно низких концентрациях. Пока еще нет прямых доказательств существования единого принципа кодирования индивидуального запаха у всех наземных позвоночных; индивидуальный запаховый код еще не расшифрован. Но косвенно на это единство указывает легкость распознавания индивидуальных запахов у представителей разных таксонов. Так, собаки-реципиенты, подготовленные для узнавания человека по запаху, легко переходят к узнаванию особей видов, филогенетически далеко отстоящих как от человека, так и друг от друга (например, травяная лягушка, серая крыса, голубь, тигр и т. д.).

Наборы алифатических кислот в пахучих следах индивидуума кодируют как его персональные, так и групповые признаки, в частности нормальные и патологические физиологические состояния, подвидовые, популяционные, региональные и другие характеристики.

В настоящее время, хотя известна высокая чувствительность обоняния собак к определенным веществам, остается выяснить: 1) какие конкретно вещества используют собаки для опознавания человека; 2) что является информативным признаком такого опознавания — различные вещества или различные концентрации одних и тех же веществ, т. е. качественный или количественный состав пахучих выделений человека или и то и другое одновременно или последовательно (каков алгоритм узнавания информативных признаков?). Более того, если индивидуальных различий в пахучих компонентах выделений людей множество, то не известно, насколько различаются индивидуальные информативные признаки, которыми пользуются разные собаки после выработки у них условного рефлекса на запах одного и того же индивидуума. Т. е. используют ли разные собаки один и тот же или различный набор компонентов для идентификации индивидуумов?

Наши эксперименты по нахождению специально тренированными собаками запаха заданного индивидуума в искусственно приготовленных смесях индивидуальных запахов десятка людей (контролируемые условия) подтвердили представления о том, что для собаки заданный индивидуальный запах не маскируется запахами десятка других индивидуумов. Среди множества смесей индивидуальных запахов людей собака легко находит ту, к которой примешан искомый запах. Это может означать, что по крайней мере в подобных усложненных условиях индивидуального распознавания у собак, как и у крыс, функционирует система запоминания-распознавания индивидуального запаха человека либо по качественным отличиям в составе его пахучих выделений, либо концентрация информативных компонентов конкретного индивидуума на порядки превышает таковую других индивидуумов.

Мы изучали способность собак, тренированных на распознавание индивидуальных запахов людей, запоминать и распознавать искусственные трехкомпонентные смеси, составленные из пальмитиновй, стеариновой и олеиновой кислот в различных количественных соотношениях. Эти кислоты — основная составная часть триглицеридов жира млекопитающих, т. е. обязательно присутствуют у всех индивидуумов. Кроме того они содержатся в выделениях кожного покрова человека.

В результате проведенных экспериментов установлено, что собаки, имеющие опыт узнавания обонятельных сигналов, индивидуализирующих человека, без специальной дополнительной дрессировки на органические кислоты способны запоминать трехкомпонентные смеси высших жирных кислот и находить дубликат образца, который запоминался ими на старте.

Даже при незначительной разнице в содержании каждой из трех кислот в анализируемых образцах (соответственно 60:20:20 и 66,7:16,7:16,7%) собака безошибочно их различала. Такая способность более похожа на распознавание «букета» по интегральной оценке его слагаемых: поскольку каждый из дифференциальных признаков отличается незначительно, для высокодостоверного распознавания обонятельного образа, вероятно, необходимо суммировать эти отличия. Крайне низкие концентрации определяемых веществ и легкость, с которой собаки справлялись с новой для них экспериментальной задачей, свидетельствуют о наличии у собак специализированных обонятельных рецепторов для распознавания олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот. Количественное содержание этих кислот может являться одним из информативных признаков (однако, вероятно, не главным при анализе смешанных индивидуальных запахов) для идентификации собаками людей с помощью обоняния. Ни инструментальный, ни сенсорный анализ человеком таких искусственных смесей не позволяет их детектировать и, следовательно, различать из-за столь малого содержания веществ. Контролем состава подобных смесей в настоящее время является только сам метод их приготовлении.

Экспериментально было установлено, что индивидуальный запах у незрелорождающих животных, например серых крыс, появляется не сразу, а через определенное время — на 10–12-й день от рождения.

Влияние обонятельных сигналов на физиологическое состояние и поведение. Обонятельные сигналы — одни из наиболее действенных стимулов. Через ЦНС они быстро изменяют различные формы поведения и более медленно через гипоталамо-гипофизарную систему влияют на физиологическое состояние. Так, определенные обонятельные стимулы, особенно при соответствующей ритмической подаче, могут существенно влиять на половое созревание и на овариальную циклику млекопитающих.

При изучении возможности регуляции наступления первых эстральных циклов у ювенильных самок серой крысы под воздействием обонятельных сигналов самцов впервые обнаружены достоверная синхронизация наступления первых эструсов и увеличение числа самок, у которых открытие влагалища совпадало с наступлением эструса, что происходило при ритмическом (с периодом 8 суток) воздействии обонятельных сигналов.

Ряд исследователей в добавление к стандартным методам эффективно использовали обонятельные стимулы для отлова некоторых видов грызунов. Влияние обонятельных стимулов на организм, как на биологическую систему, зависит от его физиологического состояния. Так, например, овариальный цикл отражает состояние системы и является результатом взаимодействия многочисленных ритмических процессов, которые характеризуются амплитудой, частотой, степенью равновесности, их внутренней синхронизацией или десинхронизацией. Накопление знаний об изменении этих параметров под воздействием стандартных обонятельных стимулов открывает новую эру в понимании динамической организации биологических систем.

Таким образом, молекулярные подходы в исследовании химической коммуникации млекопитающих позволили приблизиться к пониманию механизмов химической коммуникации как на уровне молекул, так и на уровне клеток, органов, организмов и сообществ. В результате этих исследований были построены первые модели коммуникативного процесса.

Качественные хемосемантические модели основаны на соответствии между дискретными химическими признаками обонятельного сигнала и смысловыми единицами и позволяют осуществить новый информационно-семантический подход к решению таких задач как установление семантической структуры сигнала, определение отношений между семантическими знаками, определение специфики химического кода и его места среди других семиотических систем, установление эволюционных закономерностей химического кода и др.

Количественные биоритмологические модели, основанные на представлениях о зависимости периодических изменений состояния организма от ритма подачи химических сигналов, дают возможность оптимизировать параметры воздействия обонятельными сигналами на репродуктивное состояние самок, а также контролировать даже небольшие количественные изменения в степени синхронности половых циклов.

Из статьи В. М. Ганшина, Э. П. Зинкевич «Химический наносенсор на свободные высшие жирные кислоты с люминесцентным откликом».

ВВЕДЕНИЕ. Целью настоящего исследования является изучение принципиальной возможности разработки метода экспресс-анализа, в первую очередь, летучих соединений, в частности свободных жирных кислот, с применением высокочувствительного люминесцентного окончания и с использованием некоторых существенных элементов «обонятельной технологии» наземных животных.

Обонятельная система наземных животных и человека функционирует как устройство для отслеживания изменения химического состава воздушной среды. Существенными чертами обонятельной системы как аналитической системы являются:

1. Восприятие летучих веществ специализированными нервными клетками — клетками мозга непосредственно контактирующими с воздушной средой.

2. Значительный диапазон чувствительности к индивидуальным веществам от 10⁻³ М до 10⁻¹⁵ М. При этом минимальные пороговые концентрации восприятия пахучих веществ зависят как от их химической природы, так и от биологической характеристики объекта-реципиента.

3. Восприятие только таких веществ, которые обладают достаточной упругостью паров при нормальных условиях, что определяет верхнюю границу молекулярной массы стимула порядка 400.

4. Отсутствие единой шкалы ощущений, имеющей физико-химическое обоснование.

5. Одновременный (параллельный) анализ многих компонентов смеси веществ.

6. Запоминание и узнавание смесей летучих веществ как «обонятельных образов».

7. Экспрессность: скорость анализа — порядка долей сек.

Механизмы взаимодействия пахучих веществ с обонятельной клеткой описываются как образование комплекса лиганд — молекулярный рецептор, где последний, скорее всего, представляет собой рецепторный мембранный белок.

Результаты анализа обонятельной системой смеси летучих веществ не соответствуют результатам обычного физико-химического анализа этой же смеси, что является следствием следующих причин:

1. Обонятельная система всегда анализирует только газовую (паровую) фазу, в которой содержится «считываемая» ею информация, в то время как большинство химических аналитических методов дают состав жидкой фазы экскретов или экстрактов с поверхностей.

2. Анализ газовой фазы при помощи обычных физико-химических методов дает результаты, как правило, не сопоставимые с результатами сенсорного анализа: чувствительность физико-химических и обонятельных детекторов не совпадает и может различаться на несколько порядков. Так, вещество, обладающее низким обонятельным порогом, может не проявляться на хроматограмме, и в то же время легко быть обнаружено с помощью обоняния. Более того, в сенсорном анализе оно может являться основным компонентом исследуемой смеси.

3. Отсюда вытекает и несоответствие в целом в алгоритмах распознавания этими двумя аналитическими системами сложных смесей веществ — «химических образов». Физико-химический анализ дает качественный и количественный состав смеси компонентов, концентрации которых превышают пороговые для физических детекторов, причем, как правило, все компоненты смеси для неспецифической физико-химической узнающей системы практически равнозначны. Пороговые концентрации обонятельной системы для разных веществ могут отличаться на многие порядки, и, следовательно, эти вещества в равных концентрациях не равноценны при восприятии.

4. Разрешающая способность современных хроматографических методов позволяет разделить любые смеси веществ на индивидуальные составляющие и описывать смесь по аддитивной схеме с весовыми коэффициентами каждого из них. Обонятельная система отличается в целом невысокой разрешающей способностью: многие вещества разной химической структуры имеют близкий запах. Однако обонятельная аналитическая система, в отличие от физико-химической, непредсказуемо интегрирует некоторые компоненты смеси, создавая «обонятельные образы», причем алгоритмы запоминания и узнавания смесей обонятельной системой до настоящего времени не выяснены. Обонятельные сигналы млекопитающих — «обонятельные образы» — определенная композиция компонентов выделений, необходимых и достаточных для изменения физиологического состояния животных и их поведения.

На основании данных анализа летучих компонентов выделений млекопитающих, а также многолетнего опыта работы с источниками индивидуальных запахов, нами был сделан вывод, согласно которому ключевыми компонентами для создания индивидуального обонятельного образа, стабильными во времени при хранении на воздухе, могут быть свободные органические кислоты. Собаки-детекторы обнаруживают запоминаемый ими индивидуальный запах человека в кислотной фракции его выделений, состоящей в основном из высших жирных кислот, и не обнаруживают его в нейтральной и основной фракциях. Установлено, что свободные высшие жирные кислоты, большой набор которых обнаружен на поверхности кожи человека, по сравнению с другими пахучими веществами, воспринимаются собаками, в отличие от людей, в предельно малых количествах — вплоть до 10⁻¹⁵ г в пробе.

Как возможности распознавания собаками-биодетекторами индивидуальных «обонятельных образов», составленных композициями высших жирных кислот, так и исключительно низкие пределы их обнаружения ставят перед химиками-аналитиками сложную задачу.

В настоящей работе были поставлены следующие задачи: 1) на примере линолевой кислоты разработать экспрессную, простую в исполнении и одновременно высокочувствительную методику обнаружения жирных кислот; 2) по результатам установленных принципиальных параметров тест-системы оценить возможность создания на основе искусственного «обонятельного сенсора», обеспечивающего достаточную чувствительность для экспресс-обнаружения целевого компонента в газовой фазе с использованием механизмов физико-химического и биологического усиления первичного аналитического сигнала.

ОБСУЖДЕНИЕ. Таким образом, моделирование чувствительности и селективности «обонятельного восприятия» может быть принципиально достигнуто на основе создания ХЛ систем, катализируемых ионами различных металлов, проявляющих определенную специфичность в реакциях комплексообразования с молекулами пахучих веществ. Такая возможность обеспечивается несколькими положениями:

— Ряд ХЛ реакций катализируется широкой гаммой металлов переменной валентности.

— Эти металлы одновременно могут вступать в реакции комплексообразования с пахучими веществами, что сопровождается усилением или ослаблением их каталитических свойств. Таким образом, молекулы пахучих веществ могут выступать в роли своеобразных «модуляторов» каталитических свойств металлов переменной валентности.

— На этой основе могут быть созданы элементарные ХЛ ячейки (сенсоры), являющиеся по сути дела своеобразными преобразователями информации о типе взаимодействия (металл-летучее вещество) в унифицированный световой сигнал.

— Характерным свойством ХЛ и биолюминесцентных преобразователей является принципиальная возможность проведения процесса в тончайшем слое реагента, что позволяет за счет снижения объема детектирующей фазы повысить абсолютную чувствительность обонятельного восприятия.

— Еще более важными в этом отношении представляются свойства ХЛ систем на основе «сухих аналитических пленок», позволяющих осуществить моделирование «обонятельного» сенсора по варианту «безреагентной химии». Принципиальным для такого варианта анализа является перевод рецепторной и детектирующей ХЛ фаз из трехмерного в двухмерное пространство при максимальном «усилении» аналитического сигнала за счет концентрирования воздушной пробы в тонкопленочном сенсоре.

ВЫВОДЫ. На примере рецепции свободных высших жирных кислот обоснована принципиальная возможность создания искусственного химического сенсора с использованием ионов металлов переменной валентности в качестве веществ-посредников взаимодействия вещества-стимула с рецептором и ХЛ системы в качестве детектора такого взаимодействия. Предложена модель химического сенсора, генерирующая ответ на летучее пахучее вещество в виде квантов света, с использованием экстракционно-хемилюминесцентной аналитической системы.

Библиография

Данилов В. С., Ганшин В. М. Бактериальные биосенсоры с биолюминесцентным выводом информации//Сенс. сист. 1998. Т. 12. № 1.

Зинкевич Э. П., Нарижный А. Г. Повышение воспроизводительной функции свиней с помощью феромонов. Проблемы химической коммуникации животных. М., 1991

Зинкевич Э. П., Моисеева Т. Ф., Старовойтов В. И. и др. Индивидуализирующие вещества в запаховых следах человека//Экспертная практика и новые методы исследования. М., 1993. Вып. 11

Зинкевич Э. П. Обонятельное различение собаками смесей трех высших жирных кислот по их количественному составу//Сенсорные системы. 1995. Т.9. № 2–3

Зинкевич Э. П., Бродский Е. С. Моисеева Т. Ф. и др. Летучие компоненты выделений поверхности кожи человека//Сенсорные системы. 1997. Т.11. № 1

Зинкевич Э. П., Васильева В. С. Химическая коммуникация млекопитающих: молекулярные подходы//Зоол. журн. 1998. Т. 77. № 1

Крутова В. И., Зинкевич Э. П. Индивидуальный запах в онтогенезе серых крыс (Rattus norvegicus)//Сенсорные системы. 1997. Т.11. № 2

Общение животных: запахи вместо слов//Наука в СССР. 1986. № 4

Соколов В. Е., Алейников П. А., Зинкевич Э. П. Химическая коммуникация млекопитающих: поведение и хемосемантическая структура сигнала//Поведение животных в сообществах. М., 1983

Соколов В. Е., Крутова В. И., Сулимов К. Т., Зинкевич Э. П. Распознавание собаками по запаху видовой принадлежности особей//Докл. РАН. 1997. Т.356. № 5

Феромоны и поведение. М., 1984

Химическая коммуникация млекопитающих/Наука и человечество. М., 1983

Химическая коммуникация животных. М., 1986

Albone E. S. Mammalian Semiochemistry. N.Y., 1984

Buck L. B. The molecular architecture of odor and pheromone sensing in mammals//Cell. 2000. V. 100

Devos M., Patte F., Rouault J., Laffort P., Van Germert L. J. Standardized Human Olfactory Threshholds. Oxford; N.Y., 1990

Social Odours in Mammals. Oxford, 1985

Takagi S. F. Human Olfaction. Tokyo, 1989

Тема № 234

Эфир 26.03.2003

Хронометраж 50:02

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz