Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства. 2-е издание

THE SECRET OF SCENT:

Adventures in Perfume and the Science of Smell

by Luca Turin

First published in 2006 by Faber and Faber Limited

3 Queen Square London wc1n 3au

All rights reserved

© Luca Turin, 2006

The right of Luca Turin to be identified as author of this work has been asserted in accordance with Section 77 of the Copyright, Designs and Patents Act 1988

© Бавин С.П., перевод на русский язык, 2020

© ООО «Издательство «Эксмо», 2021

Предисловие к русскому изданию

Лука Турин, парфюмерный химик и родоначальник парфюмерной критики, легенда аромасообщества. Он пишет хлесткие остроумные тексты, дает парадоксальные характеристики духам, может обругать самый легендарный и почтенный аромат или, наоборот, превознести до небес проходной выпуск масс-маркета.

С Турином меня познакомил Ги Робер летом 2007 года на лестнице Дворца Фестивалей в Каннах во время Всемирного парфюмерного конгресса. Со мной уже путешествовала его только что вышедшая книжка «The Secret of Scent», и я воспользовалась случаем ее подписать.

Лука оказался высоким, обаятельным, чуть печальным человеком с острым умом, богатой и живой мимикой и пулеметной скоростью разговора на всех известных ему языках: способность к языкам – свойство щедрого музыкального слуха.

Поздоровавшись со мной, Турин сразу начал пересыпать английскую речь русскими словами, произносимыми практически без акцента. Оказалось, что он бывал в Москве на стажировках в Академии наук и, более того, собирается туда снова. «Как вы называете символ @?» – спросил он, записывая мне на листке бумаги свой адрес и телефон. «Собака», – ответила я, чем вызвала бурю веселья.

Мы договорились об интервью в тот же день и расположились на стенде ISIPCA вместе с Ги Робером. Говорили о новом «Гиде», который Лука писал тогда вместе с Таней Санчес, о переформулировках классических ароматов, об IFRA, о новых эксклюзивах Chanel и, конечно же, о вкусах и объективности в оценке ароматов. Лука Турин удивлял неожиданными суждениями.

У меня тоже нашлось, чем удивить Турина. С пустыми руками я, по коллекционерской привычке, не ездила, и подарила ему пробирки с антикварным герленовским Bouquet de Faunes 1926 года и редчайшими Fleur de Vigne и Doblis от Hermes.

Nombre Noir Shiseido, о котором пишет Лука Турин в этой книге, я тоже раздобыла потом на аукционе, было очень интересно, что именно привело Турина в парфюмерию.

Глава «Как создаются духи» стала тогда для меня самой захватывающей в книге. Разоблачая все романтические мифы, Турин пишет о ежедневной и прозаической работе «носов», эвалюаторов, лаборантов, о больших парфюмерных концернах и о механизмах работы индустрии. Сейчас я сама уже пишу брифы для производителей, но первым знакомством с парфюмерной кухней стала для меня книга Турина. Замечательно, что мы, наконец, видим ее на русском языке.

Галина Анни, журналист, коллекционер, исследователь, автор учебных курсов по истории парфюмерии

Благодарности

Я благодарен Тане Санчес, которая блестяще превратила беспорядочную рукопись в книгу. Большую часть исторической информации я почерпнул в беседах с Брюсом Клейманом, Кевином Райтом, Барри Байерштейном, Дженифер Майнард, Клифтоном Мелоном и Бобом Яклевичем. Всем огромная благодарность. Я благодарен всем моим друзьям, в особенности Джейн Брок, Тиму Арнетту, Мартину Розендалю, Майклу Райду Хантеру и Чандлеру Берру за их доброту на протяжении многих лет. Сюзен Хантер-Джорнс – лучший в мире невропатолог, и я очень многим ей обязан. Не хватает слов выразить мою признательность Джеффри Бернстоку за то, что выделил мне уголок на своей кафедре анатомии, и Маршаллу Стоунэму за великодушное приглашение меня на физический факультет лондонского Университетского колледжа в 2001 г. Мои друзья-парфюмеры, в особенности Ги Робер, Калис Беккер, Крис Шелдрейк и Роджер Дюпре, терпеливо объясняли мне многие вещи, до которых я сам никогда бы не додумался. Спасибо вам, Джулиан Луз и Генри Воланс из издательства Faber. Спасибо Жаклин Грант – CEO компании Flexitral за то, что превратила мечту в книгу мечты. И, наконец, но не в последнюю очередь, моя любовь и благодарность моей матери Аделе за то, что вырастила меня упорным и порой опрометчивым.

Nombre Noir: как я попал в парфюмерию

В 1981 году в возрасте двадцати одного года я переехал из Лондона в Ниццу. Помню, я размышлял, сколько времени мне потребуется, чтобы перестать обращать внимание на красоты этого места, причудливость фантастических вилл, жемчужные рассветы, неожиданные виды, открывающиеся на каждом повороте горных дорог. Со временем я понял: этого не произойдет никогда. Но вскоре я увидел и другое: за ослепительной кривой улыбкой Английской набережной все остальное требует серьезной работы дантиста, поскольку представляет собой убогие остатки 1960-х: торговцы дамскими шляпками, предлагающие штампованные модели; загибающиеся автошколы; эльзасские ресторанчики, где подают choucroute в летнюю жару.[1]

Некогда в прошлом, вероятно, в связи с близостью к Грассу, здесь должен был процветать парфюмерный бизнес. Едва ли не в каждом квартале можно было найти грустную парфюмерную лавочку с полками, уставленными забытыми сокровищами, покрытыми пылью. Похоже, представители разных профессий придерживаются разной манеры поведения. Французские булочники стараются быть дружелюбными, цветочницы надменны и лаконичны, мясники вульгарны. Парфюмерией в Ницце обычно торговали грубые женщины средних лет, постоянно пребывавшие в дурном настроении. Несомненно, этому в определенной степени способствовала яростная конкуренция со стороны крупных универмагов. Это делало задачу выискивания необычных парфюмов более интересной, своего рода школой очарования наоборот. Примерно в то же время я подружился с бельгийским реставратором-антикваром, который обшаривал блошиные рынки в поисках мебели и заодно прихватывал для меня старые (и дешевые в те времена) флакончики с духами. Так было заложено начало моей коллекции парфюма.

В начале следующего года, во время очередного посещения «Галери Лафайет», я обратил внимание на новенькую блестящую черную арку в углу отдела парфюмерии. Она обозначала вход к стенду японской компании Shiseido, о которой я никогда не слышал, и там был представлен их первый «западный» аромат: Nombre Noir. До сих пор помню сотрудника в черной униформе, брызгающего мне на руку из черного стеклянного восьмиугольного пробника.

Аромат был, и остается до сих пор, полным сюрпризом. Любой парфюм, как тембр голоса, может сказать нечто большее, чем выражено словами. Nombre Noir говорил «цветок». Но так, как он это говорил, было божественно. Цветком в основе Nombre Noir было нечто среднее между розой и фиалкой, но без сладковатого оттенка той и другой, а с терпковатым, почти безупречным шлейфом кедровых ноток ящика для сигар. В то же время он не был сухим, казалось, он поблескивал текучей свежестью, которая заставляет его глубокие цвета светиться как витражное стекло.

У Nombre Noir был голос ребенка старше своих лет, одновременно свежий, хриплый, модулированный и слегка неустойчивый. В этом была какая-то наивность, что заставило меня вспомнить о стиле Колетт в ее романах о Клодин. Также вспомнились фиолетовые чернила, которыми писали любовные письма, и замечательное французское слово farouche, которое может означать и пугливость, и ярость, и то и другое сразу. Я немедленно купил маленький квадратный черный флакон объемом пол-унции, жутко дорогой. На нем были инициалы SL, что соответствовало незнакомому мне имени «Serge Lutens». Через несколько месяцев моя подружка, когда уходила от меня, забрала с собой этот флакончик, вскоре после этого он был снят с производства. В то время я и не думал, что пройдет целых двадцать лет, прежде чем я смогу вновь ощутить этот запах.[2]

Мне всегда нравился парфюм, но здесь была любовь. Я как раз только что нашел первую реальную работу, а Франция, благодаря тому, что президентом был выбран Франсуа Миттеран, переживала краткий, но яркий период расточительного найма государственных служащих. Набор 1982 г. оказался легендарным: ни до, ни после не было так легко получить постоянную работу в качестве ученого. У меня появилась приличная должность, я мог распоряжаться своим временем, я получил доступ к превосходной библиотеке и стал заниматься тем, что и полагается ученому: начал думать. Именно Nombre Noir оказался отправной точкой моего долгого путешествия в таинственный мир запахов, путешествия, растянувшегося на пятнадцать лет.

Тайна заключается вот в чем: хотя сейчас мы знаем почти все, что нужно знать о молекулах, мы не знаем, как наш нос их читает. Сотни химиков на планете каждую неделю создают новые молекулы. Во времена, когда еще не было специалистов по технике безопасности, химики самым элементарным образом проверяли на вкус и запах плоды своих трудов. Больше они так не делают. Мой коллега Дэниэл Бергер полагает, что те, кто этим занимались, рано умирали и не успевали передать свои гены, поэтому вид homo chemicus var. gustans просто исчез. Однако если запах достаточно сильный и они либо сознательно открывают флакон, либо забывают закрыть его, его можно почувствовать. Но каждый раз является абсолютной тайной, как будет пахнуть та или иная молекула. Каждая молекула – словно глиняная табличка со словом на неведомом языке, которое соответствует определенному запаху – будь то роза, банан или мускус. Гора таких табличек сейчас громадная, точнее сказать, настолько большая, что никто не в состоянии разобрать больше самой малой части запахов, и мы до сих пор не понимаем, как они записываются. Таинственному шифру и посвящена эта книга. Как все настоящие тайны, она лежит на поверхности. Возможно даже, она углубляется по мере того, как углубляется наше понимание природы запахов. Суть этой чрезвычайно заманчивой тайны в следующем: что представляет собой химический алфавит, который наш нос безошибочно умеет читать с самого рождения?

Слабый интерес к этой теме отчасти объясняется тем, что наука о запахах, или одорология, мало что дает полезного таким серьезным областям деятельности, как, например, медицина или технологии. Болезней, причиной которых являются запахи, немного, они обычно вполне излечимы и не вызывают особых эмоций. И создание ароматов, хотя и представляет собой большой бизнес, является низкотехнологичным, несерьезным и переменчивым миром. Относительное пренебрежение запахами по сравнению с другими чувствами может быть также объяснено тем фактом, что их не так просто передать, как изображения или звуки. Как выразился один мой коллега, «парфюм по факсу не перешлешь». Вполне вероятно также утверждение (хотя и ошибочное), что восприятие запахов не столь надежно, как восприятие изображения или звука. Ну и наконец, в отношении запахов и ароматов бытует мнение, что «не мужское это дело». Во время своих лекций я обнаружил, что мужчины-ученые, когда им предлагают понюхать блоттеры, краснеют и хихикают, как школьники, в то время как женщины охотно их нюхают и активно обмениваются впечатлениями между собой. Какими бы ни были причины, шифр остается неразгаданным.

Это не значит, что людям не интересно. О природе запахов начали задумываться еще в античности. Запах считался свидетельством существования атомов (что справедливо), и различием их форм – округлой (роза) или заостренной (горчица), а это уже неверно. Но современные теории не слишком сильно отличаются от тех представлений. В принципе, они утверждают, что форма молекулы запаха, т. е. геометрическое расположение атомов, определяет характер аромата. Как мы увидим далее, идеи, связанные с формой, совершенно не в состоянии объяснить центральную проблему запаха. Это больше не является проблемой исключительно профессионалов, поскольку они решить ее не смогли. Пробовать может любой. Даже Энрико Ферми, великий итальянский физик, про которого говорили, что он – последний, кто о физике знает всё, однажды заметил коллеге[3] в связи с запахом жареного лука: «Было бы очень интересно понять, как это работает». На самом деле, главный секрет запаха входит в ряд очень небольшого, можно даже сказать, элитного круга тайн – типа происхождения жизни, механизма общей анестезии, родственных связей баскского языка, исчезновения динозавров. Это такой научный Меч в Камне. И взрослые и маленькие, нобелевские лауреаты и простые смертные, специалисты и любители могут подойти к камню и попробовать вытащить меч. Все закончится как минимум сорванной спиной. Время от времени кто-нибудь заявляет, что видит, как меч шевелится, но божественный свет до сих пор ни на кого не пролился. Приз все еще ждет своего владельца

Секрет запаха входит в ряд элитного круга тайн, таких как происхождение жизни, анестезии, и исчезновение динозавров.

Здесь я рассказываю о том, как мне удалось взломать шифр. Точнее говоря, и как часто бывает, его уже дважды взламывали блестящие умы, но никто всерьез это не воспринял. Я просто расширил их работу, и моя книга – просто дань их прозрениям. Как будет видно впоследствии, научное сообщество до сих пор сомневается в правомочности моей теории. Но есть важная особенность: за последние три года я, используя свой метод дешифровки, занимался созданием новых реальных молекул запаха. Это предполагает предсказание запаха на основании молекулярной структуры, что до последнего времени считалось невозможным. Компания, которая сделала смелый шаг, приняв меня на работу в качестве главного научного специалиста, называется Flexitral, и я искренне надеюсь, что они не пожалеют о своем решении. До того как они меня пригласили, я был академическим ученым и жил в мире, где деньги, заболевания, передающиеся половым путем, и автомобильные аварии – это то, что имеет отношение исключительно к другим людям, и не самым благоразумным. И вдруг все изменилось. Если, как я полагаю, мне удалось прочитать, как запах записывается в структуру молекулы, то грамотный дизайн новых ароматов и запахов может принести очень большие деньги.

Когда меня спрашивают, чем я занимаюсь, обычно отвечаю: я – парфюмерный химик». Это, на самом деле, чрезвычайно далеко от истины, поскольку химического образования у меня нет. Хуже того, если моя работа окажется успешной, она может превратить специальность «парфюмерного химика» в практически невостребованную. Но в качестве открывающего гамбита она вполне годится. Химия обладает совершенно несправедливой репутацией скучного занятия, и разговор о ней часто завершается, едва начавшись[4]. А если нет, то дальнейшее распадается на фрагменты. У кого-то тут же возникают ассоциации с «Парфюмером» Зюскинда, и беседа плавно перетекает к сексу и телесным запахам. Ипохондрики начинают жаловаться на аллергию к различным ароматам. Кое-кто заявляет о своей вечной приверженности тому или иному парфюму. Иногда могут поинтересоваться, где можно приобрести какой-нибудь вышедший из употребления шедевр (eBay). Многие хотят знать, почему среди современного парфюма так много дерьма. Но в целом получается так, что никто не имеет особого представления, что такое аромат, как он создается и, соответственно, как работает запах.

Формула

Духи – сложные смеси веществ, которые профессионалы называют «сырьем». Сырье, в свою очередь, может быть экстрактом из натуральных источников (комплексом молекул), или синтетических (обычно отдельные молекулы). Смеси, как натуральные, так и синтетические, часто прекрасны – будь они созданы в ходе эволюции для привлечения пчел, или нами – для привлечения друг друга. Тем не менее они почти ничего не могут сказать о том, как запах записан в молекулах, т. е. какие свойства молекул ответственны за их запах. Изучение запаха требует выхода из царства прекрасного и погружения в то, что немецкие философы называли Возвышенное; встречи лицом к лицу с бесконечным своеобразием необработанных ощущений.

Одна из удивительных особенностей запаха – разрыв между причиной и следствием.

Помню, однажды я шел по парковке, находящейся между производственными зданиями штаб-квартиры парфюмерной компании и внезапно уловил сильный запах некой молекулы, которую только что закончили создавать и, вероятно, распределяли по емкостям. Она пахла фруктами, но не каким-то конкретным плодом, а чем-то средним между персиком и абрикосом, хотя запах был более ярким и менее тонким, чем тот или другой. Он сохранялся буквально пару секунд, но оставил впечатление неопределенной странности. Только гораздо позже я сообразил, почему он казался таким странным, причем понимание пришло ко мне в виде образов, а не слов. Странным в этом фруктовом запахе было то, чего в нем не хватало: цвета. Серость бетона, приятный ветерок с голубым небом, зелень английской провинции – все учитывалось; образы и запахи присутствовали и были правильными. И внезапно из ниоткуда появился этот огромный запах оранжевой окраски. Чтобы оправдать его присутствие, там должна была быть гора спелых фруктов высотой в сотню метров, но ничего такого не было, только легкий бриз со стороны неприметного здания. Этот разрыв между причиной и следствием – одна из удивительных особенностей запаха. Он создает ощущение галлюцинации, и при первом контакте с чистой парфюмерной синтетикой ощущения оказываются очень странными. Представьте, что вы идете вдоль полок в парфюмерной лаборатории и наугад берете один за другим несколько коричневых флаконов. Каждый, будучи открытым, высвобождает собственного джинна, голограмму объекта с сопутствующим настроением, одновременно знакомым и не поддающимся объяснению. Более того, только вы, запустив нос во флакон, можете его ощутить. Окружающие могут продолжать заниматься своими делами, не подозревая об огромном яблоке, которое только что возникло перед вами и только вы можете его видеть. Даже после того, как вы макнете блоттер во флакон и некоторое время помашете им перед собой, все равно останется ощущение, что только вы чувствуете этот запах. Обоняние – активный процесс; невозможно определить, когда другие чувствуют запах и чувствуют ли они то же, что и вы.

Отдельные синтетические продукты сами по себе почти никогда не бывают прекрасными, потому что в них есть что-то сырое, незавершенное. Переход от парфюма к чистой синтетике можно сравнить с ощущением любителя кубика Рубика, которому предложили большой кубик с квадратиками одного цвета. Требуется психологическая перенастройка, прежде удастся сосредоточиться на точной тональности, текстуре и настроении, которое вызывают эти квадратики. Например, цис-жасмон – характерное вещество, неотъемлемый ингредиент натурального запаха жасмина. На самом деле без него невозможно воссоздание никакого приличного жасминового запаха. Но если понюхать его в чистом виде – в нем нет ничего и близкого к жасмину. У него сладковатый анисовый или лакричный запах, но с оттенком скошенной травы (или зеленым, как говорят профессионалы) или почти землистым. Если вернуться к нему через полчаса, вам захочется перегруппировать эти компоненты иначе. Зелено-анисовый станет явной нотой сельдерея, в то время как остаток сладковато-земляного ваш мозг определит ближе к карамельному сахару. Понюхайте его на другой день – и схема опять изменится. Основное ощущение останется прежним, но его оттенки, как незавершенный фоторобот, могут начать напоминать другие знакомые лица.

Одна из удивительных особенностей запаха – разрыв между причиной и следствием, создающим удивительное ощущение галюцинации.

В парфюмерии важна не натуральность, а чистота.

Слова, использованные выше, называются дескрипторами, те, которые приходят в голову при обонянии вещества. Как любые оценочные суждения каждого человека – от недоумевающего новичка до опытного специалиста – определения со временем даются все легче и легче, но перечень не является бесконечным. Кто-то просто учится осваивать дескрипторы, которые приобрели широкое распространение благодаря общему согласию. Всем хорошо знакомы ведущие кулинарных телепрограмм, которые способны сделать глоток белого вина, купленного в ближайшем супермаркете, и немедленно разразиться цветистым перечнем дескрипторов. Некоторые из них могут и фантазировать, но игра не настолько бессмысленна, как кажется – достаточно небольшой тренировки. Все-таки в виноделии не столько интересен сам результат, сколь бы приятным он ни был, а требования, которые следует выполнять при наполнении этого химического рога изобилия чистейшим виноградом.

В парфюмерии не придерживаются столь строгих моральных принципов, и всякого рода трюки и уловки вполне приемлемы. В парфюмерии важнейший момент – не натуральность, а чистота. Проблема молекул запаха, или одорантов, как их принято называть среди профессионалов, в том, что у них невероятно широкий диапазон мощности; самые сильные могут быть в миллионы раз мощнее самых слабых. Это означает, что в экстремальном случае одна миллионная примеси сильного вещества в слабом может определить 50 % запаха. Если вы считаете, что 99 % чистота (одна сотая примеси) для химии – просто лучше и не бывает, вы понимаете, какую сложность представляет пивоварение. Но парфюмерных химиков примеси вводят в заблуждение сплошь и рядом, и во многих случаях запах чистого продукта совершенно отличается от слегка нечистого и очень успешного коммерческого продукта.

Как создаются духи

Существует шесть[5] крупных парфюмерных фирм – транснациональных компаний с миллиардными активами, и бессчетное количество мелких. Большая Шестерка (и маленькая компания, в которой я работаю) имеет привилегию создавать новые парфюмерные молекулы. Остальные просто смешивают те, которые выставляет на продажу родительская компания. Те, что не продаются, называются каптивными (патентованными, только для внутреннего пользования). Чтобы понять работу парфюмеров[6], нужно посмотреть, что у них на столах. Справа – небольшой лоток, подготовленный коммерческим департаментом, содержит примерно два десятка бутылочек по 5 мл, в которых – вещества, только что появившиеся на рынке, созданные другими компаниями. Это лишь часть – самые интересные и самые успешные. Например, в 2003 году еженедельно выпускалось по восемь новинок. Не отставать от происходящего – тяжелая работа. Но на самом деле все не так плохо, потому что каждый в основном копирует успешные ароматы, поэтому бесконечные (и бесполезные) версии одного и того же удаляются в первую очередь.

Рядом с лотком «текущих событий» – стопка аннотированных компьютерных распечаток масс-спектрометрических и газохроматографических анализов наиболее интересных новых парфюмов. Они появляются на столе парфюмеров буквально через несколько дней после того, как образцы становятся доступными. Аннотации пишутся очень опытными химиками-аналитиками, потому что есть группы пиков (каждый пик – отдельный химикат), отражающие натуральные материалы и должны быть распознаны как таковые, а другие – чисто синтетические вещества, причем некоторые каптивные. Каптивы нельзя копировать, потому что они защищены патентами, а некоторые, в особенности очень мощные, присутствующие в малых дозах и, следовательно, трудно вычленимые, практически неизвестны. Эти каптивы редко очень существенно влияют на финальный продукт, потому что обычно доступны альтернативные вещества. Вооружившись распечатками, парфюмеры могут в считанные дни скопировать любой простой аромат. Это удобно, поскольку большинство клиентов желают, в своей бесконечной мудрости, то же самое (существующий успех), но другое. Ситуация значительно усложняется, если аромат состоит из множества натуральных материалов, потому что у них более сложные характеристики, их труднее идентифицировать и получить.

Рядом с распечатками – лоток с новым сырьем. Есть натуральное, экстрагированное разными фирмами по всему миру и доставленное на стол парфюмерам в надежде, что они включат его в свой следующий Большой Аромат. Даже наличие 1 % в финальном продукте, например, в чрезвычайно успешном аромате J’Adore от Dior, переводится в тонны, скажем, чистого жасмина. Если вы мелкий производитель из Индии и продаете его по несколько сотен долларов за килограмм – это большие деньги. Натуральные ингредиенты отличаются сложностью и богатством звучания. Но они недешевы, и качество их непостоянно. Прежде чем выбрать новый, парфюмер должен пройти сквозь строй бухгалтеров и закупщиков, которые не готовы принять новое сырье, пока оно не будет поставляться несколько лет при неизменном качестве. Если ваша фирма только начинает работу или у вас новый продукт, это может выглядеть как в «Уловке-22»: никто не покупает этого, потому что никто прежде не покупал.

Натуральные ингредиенты отличаются сложностью и богатством звучания. Но они недешевы, и качество их непостоянно.

А прямо перед парфюмером – новейшие версии того, над чем он сейчас работает. Обычно парфюм проходит несколько десятков, а в некоторых случаях и сотен версий. Все пробы делаются в лаборатории за соседней дверью техниками, которые проводят свои дни, отмеривая ингредиенты по формулам.

Различные версии маркируются (им присваивается название проекта и номер версии) и ежедневно оцениваются специалистами-эвалюаторами, которые нюхают их, обсуждают с парфюмером и отбирают те варианты, которые можно будет показать клиенту. Все это – в ответ на бриф, то есть на описание того, что хочет бренд. Брифы варьируются от возвышенных до нелепых с подавляющим преимуществом последних. Тем не менее парфюмерные фирмы борются за брифы, но между выигрышем брифа и получением окончательного аромата происходит еще множество модификаций.

Запах парфюма анализируется на блоттерах – узких бумажных полосках с логотипом компании. Их цепляют на маленькие «деревья», которые располагаются на столе, чтобы можно было быстро понюхать много полосок и сопоставить варианты. И, наконец, справа от парфюмера, рядом с телефоном, непременный компьютер, на котором высчитывается стоимость формулы одновременно с созданием модификаций. Лет десять назад fine fragrances (высокая парфюмерия, духи) обходились в €200–300 за килограмм. В наши дни даже €100 считается дорого. Надо еще учесть, что в магазинной цене лишь 3 % приходится на сам запах. Остальное – упаковка, реклама и маржа. Дешевизна формулы – главная причина того, что большинство парфюмов некачественны. Среди других причин – рабское подражание, грубая вульгарность, глубокое невежество, страх быть уволенным и общее отсутствие изобретательности и смелости.

Главная причина некачественных парфюмов – дешевизна формулы.

Подавляющее большинство парфюмерной продукции – не духи, а «функциональная» парфюмерия. В наши дни ароматизируется все что угодно, и кому-то приходится решать, как именно. Для функциональных парфюмеров бюджет в €100 за килограмм – все равно что выигрыш в лотерею; €15 – гораздо более реальная сумма. Только благодаря их гениальности многие предметы домашнего обихода хорошо пахнут и некоторые идеи из функциональной парфюмерии просачиваются в тонкие ароматы, а не куда-то еще. Некоторые функциональные ароматы – настоящие произведения искусства: я готов заплатить реальные деньги за флакон кондиционера для белья Stergene выпуска 1972 г., у которого был потрясающий запах. И еще пару слов на «грязную» тему денег: в духах существует порог, ниже которого хороший аромат попросту невозможен, и сейчас мы, похоже, к нему приблизились. Тем не менее большие бабки не всегда означают парфюм лучшего качества: некоторые из великих ароматов прошлого созданы по относительно дешевым формулам, и до сих пор вполне возможно смешивать дорогие сырьевые компоненты и получать дорогое дерьмо.

К чему духи отношения не имеют: воспоминания и секс

Первой реакцией людей, когда заходит речь о запахах, обычно является упоминание о его способности «вызвать воспоминания», и в качестве иллюстрации обычно приводится анекдот о бабушкином парфюме. Особенность запаха не в том, что он вызывает воспоминания. Почти всё на свете это делает. Сколько раз, к примеру, кто-то испытывал приятное ностальгическое чувство от пастельных звуков мелодии Бакарака, мягко струящейся из динамиков в потолке аэропортовского туалета? А вы никогда не приглашали в кафе сестру девушки, которая вас кинула, и не чувствовали, что при определенном освещении черты ее лица напоминают что-то до боли знакомое?

Нет, особенность запаха в том, что он идиотический[7] в прямом смысле этого слова, то есть уникальный. У запахов нет точных эквивалентов, вы должны попасть абсолютно в точку – или промахнетесь навсегда. Вот почему такое событие – редкость, и именно поэтому мы обращаем на это внимание. Если на вас особое влияние оказала мелодия This Guy’s in Love with You, то никакие Raindrops ее не заменят, а сестра вашей бывшей тоже может оказаться совершенно чужой. Уникальность оформляется на молекулярном уровне. Как я уже говорил, тут не может быть синонимов: из сотен тысяч ныне созданных соединений нет и двух, имеющих идентичный запах. Еще меньше это относится к композициям. Особенным в парфюме вашей бабушки было, к вашему сожалению, то, что он представлял собой первую версию (1962) Chant d’Arômes компании Guerlain. Это был божественный запах персиковой шкурки, и никакой другой цветочный лактон ни до, ни после не в состоянии с ним сравниться. Более того, несколько лет назад, когда на первые роли вышли бухгалтеры, они что-то нахимичили с формулой, и в результате запах вашей покойной бабушки оказался вне пределов досягаемости. Теперь вы брошены на произвол судьбы, и лет через пятнадцать, возможно, если вы прогуляетесь по блошиному рынку, вам может подвернуться маленький флакончик-пробник в потертой черной с золотом коробочке. И вы застынете в восхищении. А может, в тот день вы не соберетесь на рынок…

Другая тема светской беседы о запахах в приличной компании – действуют ли ароматы на противоположный пол так же, как дерьмо – на мух. На данный момент можно говорить об установленных фактах: во-первых, человеческие феромоны существуют, иначе бы, например, менструальные циклы женщин, живущих в одном помещении, никогда бы не синхронизировались; во-вторых, насколько мы знаем, феромоны воспринимаются специальным органом в носовой перегородке, который связан напрямую с машинным отделением, в обход всех более высоких функций, и они без обиняков указывают: «Проведи нас к твоим яичникам». Иными словами, никаких обонятельных ощущений.

Разумеется, не исключены обычные недоразумения между «железом» и «программами». «Железо» – это механизмы, которые создаются вашими генами: опиум снимает боль, вкус соли – соленый, гормоны бурлят и затихают. Программы – это то, что записано на жесткий диск под вашим именем: наркотик вас вырубает, Малер – вульгарность, обувь без каблуков сексуальна. Если бы ароматы были полны мощных биологических аттрактантов[8], вы бы считали, что, учитывая хотя бы их стоимость, они по крайней мере работают. Но в таком случае почему большинство мужских ароматов так отвратительно пахнут? И почему дама в красном платье, сидящая рядом с вами на концерте, губит вам весь вечер, поскольку вылила на себя пол-унции Poison? Настал момент для мысленного эксперимента. Представьте, что вы утратили обоняние – примерно так, как было с вами пять лет назад в период жестокой простуды. Но на этот раз, как иногда бывает, обоняние не восстановилось. Пища становится невыразимо скучной; вам уже ничего не стоит присоединиться к диете Weight Watchers, питаться текстурированными грибами и не беспокоиться по поводу объема своих ягодиц. Но с сексом все будет в порядке, потому что ваши глаза, руки и уши («мне нравится, когда…) продолжают действовать. Я подтверждаю.

Парфюм – это ум и красота

Программу в таком случает можно считать Искусством, если определять искусство как ремесло – одновременно сложное и прекрасное. На самом деле в искусстве запахов есть два направления: ароматы и пищевые ароматизаторы. Оба находятся в особом положении при сравнении с другими видами искусства, например, с музыкой. У сочинителя музыки в мире природы нет реальных конкурентов, если не считать соловьев, выдающих по ночам свои неподражаемые трели. Ниагарский водопад создает оглушительный шум, но не симфонию[9], и только очень счастливые люди воспринимают звуки природы как музыку. Но парфюмеры и флейвористы постоянно склоняются перед величайшим парфюмером – Природой. Прогулка по розовому саду в июне откроет поразительное разнообразие уникальных запахов – от особого лимонного типа, какого никогда не встретишь в парфюмерии, до тяжелого восточного, передающего все оттенки перечного чая. Спелое манго, со всеми его сочетаниями ладанной терпкости и сернистого загнивания, – парфюмерная идея подлинного гения. Запах свежеобжаренных кофейных зерен из уличной лавочки богаче и прекраснее, чем все, что мог сочинить человек. Вероятно, поэтому большинство парфюмеров считают себя ремесленниками, а не художниками.

Флейвористы по сравнению с парфюмерами – примерно то же, что Стаббс по сравнению с Кандинским, и соотносятся друг с другом примерно так же, как представители фигуративного и абстрактного искусства в живописи. Для парфюмеров флейвористы – скучные имитаторы. Для флейвористов парфюмеры – напыщенные абстрактные художники, не способные создать даже жалкого подобия. И те и другие, разумеется, высококвалифицированные мастера. Работа флейвориста – ольфакторный натюрморт. Каждый знает, что представляет собой тот или иной объект – земляника, шоколад, соль, уксус, бекон. Задача – изобразить это правильно, иногда с юмором. Соответственно, все молекулы, используемые в ароматизаторах, «идентичные натуральным», т. е. предполагается, что они встречаются в природе. Если вы находите это убедительным, вспомните, что горький миндаль смертелен, а горькая острота корня хрена сопоставима с боевым газом. Если бы кому-то сейчас пришло в голову заново изобрести хрен, его бы завернули в первом агентстве по безопасности пищевых продуктов. То же самое можно сказать о горчице, корнях дягиля и многих других земных удовольствиях.

Напротив, большинство ароматного исходного сырья – новые молекулы с совершенно новыми запахами для создания парфюмов, которые не напоминают ничего конкретного. Парфюм очень редко раскрывает источники вдохновения. Есть, разумеется, некоторые ароматы типа Diorissimo, которые считаются гиперреалистичным изображением цветка, в данном случае ландыша. Они имеют художественный смысл лишь потому, что не существует такого вещества, как масло ландыша. Ландыши для этого слишком дорогие и нежные. Известно, что Эдмон Рудницка, создавая композицию Diorissimo, посадил в своем саду близ Грасса ландыши, чтобы иметь возможность сравнивать портрет с оригиналом. Другой пример реализма можно видеть в парфюмерных базах. База – это композиция, смесь многих чистых молекул, которая используется в качестве сборных строительных элементов при создании аромата. Ни один парфюмер не будет тратить недели для воссоздания персиковой ноты, если это колесо уже давным-давно изобретено.

Первый парфюм, в котором использовались рукотворные запахи, был создан в 1881 г. Полем Парке для компании Houbigant и назывался Fougère Royale.

Сейчас, когда я пишу это, у меня на столе блоттер, обмакнутый в персиковую базу, созданную Пьером Нюенсом для компании Quest – одной из Большой Шестерки и подразделения ароматизаторов ICI. Это большой, бархатистый, флуоресцентный персик тридцати футов в диаметре, с ворсом, толстым как на ковре, напоминающий гигантский фрукт Магритта в комнате. Это персик, который исполняется медленно, arpeggiato, аккорды позволяют насладиться в замедленном движении всеми вариациями этого изумительного Persian plum от дразнящей фруктовой кислоты через бисквитную мягкость до пудровой, почти мыльной основы. Нюенс, по собственному признанию, занимался его созданием несколько месяцев, и формула состоит почти из двухсот различных чистых компонентов.

Но такие парфюмерные портреты – исключение. В основном парфюмерия утратила интерес к изображению чего-то конкретного, как только стал возможен абстракционизм, когда химики начали создавать Новые Запахи. Точно датировать это событие невозможно, поскольку химики создают запахи на протяжении сотен лет. Однако одно можно утверждать наверняка: первый парфюм, в котором использовались рукотворные запахи, был создан в 1881 г. Полем Парке для компании Houbigant и назывался Fougère Royale. Не пытайтесь найти его в магазине. Его уже несколько десятилетий не выпускают. Во всяком случае Houbigant после периода показушной торговли своим именем с огромным диапазоном ароматов сейчас практически исчезла с горизонта. Единственное место, где можно сегодня найти Fougère Royale – Версальская осмотека, единственный в мире настоящий музей парфюмерии.

Визит в музей парфюмерии

Поездка на пригородном поезде от парижского вокзала Сен-Лазар до версальского Рив-Друат занимает двадцать минут. Уже на станции, с кавалькадой мерседесов-такси и прохлаждающимися водителями, чувствуется провинциальный дух. Вы отправляетесь по бесконечной авеню дю Пар де Кланьи. Весь пригород дышит грустью исполнившихся желаний. По обеим сторонам дороги дома тех, кто реализовал эти желания полтора века назад, от них исходит странный дух смеси роскоши и убожества; они занимают все пространство, не оставляя почти ни клочка свободного места. Прямая дорога ведет вверх и приводит к перекрестку. Справа видны две соединенных виллы, в которых размещается ISIPCA. Акроним типично французский. За ним кроется Institut Supérieur International du Parfum, de la Cosmétique et de l’Aromatique Alimentaire – Высшая международная школа духов, косметики и пищевых ароматов. Иными словами, институт парфюмерии.

Основанный в 1984 г., он оказался, как это ни удивительно для страны, которая делала так много денег на продаже парфюмерии по всему миру, первым в своем роде. До того как он открылся, желающие стать парфюмерами должны были поступать на работу в одну из крупных форм, занимавшихся композициями ароматов, преимущественно на технические должности. Затем приходилось ждать несколько лет, пока кто-нибудь не обращал внимание, что данного сотрудника полезнее использовать для сочинения ароматов, чем для взвешивания растворов и смесей, и не давал толчок для подъема по служебной лестнице. С тех пор институт выпустил несколько великих парфюмеров современности – от Патрисии де Николаи (New York) до Франсиса Куркджяна (Le Male). Как большинство образовательных учреждений, институт делает все, что в его силах, чтобы сдерживать развитие талантов. Например, до поступления требуется прослушать двухгодичный курс по химии университетского уровня. Поскольку большинство старых парфюмеров, в том числе и самых лучших, не в состоянии отличить один конец алифатического альдегида от другого, это требование очевидно неправильное и придумано для того, чтобы исключить появление творческих личностей в заведении, которое остро в этом нуждается. Это все равно, что требовать от художника знание химии красителей перед поступлением в творческое училище, или от композиторов – знание теории звука лорда Рэлея.

Но ISIPCA – не только институт парфюмерии. Слева от входа, в небольшой комнате и в подвале, находится Музей парфюмерии. Конечно же, на эту роль претендуют и другие, более блестящие заведения. Роскошная коллекция Фрагонара в Париже и в Грассе может похвастаться изобилием флакончиков и дистилляционного оборудования, но единственный запах, который там чувствуется до того, как вы окажетесь в музейной лавке – запах мастики для пола. И в этом вся разница. Версальская осмотека – скромнейшее, беднейшее заведение, не доступное для широкой публики, но полностью, фанатично преданное запахам. Единственное, что можно купить в осмотеке – подписку на их научный Bulletin, вполне солидный институтский журнал, полный сокровенных тайн о давно забытых парфюмерах.

Осмотека основана в 1990 г., возможно поздновато для выполнения своей миссии, заключающейся в хранении и часто воссоздании великих ароматов прошлого. Парфюмерные фирмы, скорее чаще, чем реже связанные с такими эфемерными явлениями, как дома моды, дюжинами терпели крах. Worth, Piguet, Houbigant, Jacques Fath, Coty – все вымерли. Иногда сохраняется имя. Coty, к примеру, сейчас принадлежит немецкой фирме Benckiser и до сих продает парфюмы под названиями великолепных творений Франсуа Коти – Émeraude, l’Origan, l’Aimant. Но они не имеют никакого отношения к оригиналам. Поколения бухгалтеров упрощали и удешевляли формулы до тех пор, пока то, что осталось, не превратилось в жутких оборотней. Для тех, кто знает, как все было на самом деле, это все равно что слушать Жака Лусье, когда все ноты и записи И.С. Баха методично уничтожены. Попробуйте обратиться с жалобой в фирму, и, если повезет, к вам выйдет какой-нибудь представитель по связям с общественностью, который на голубом глазу будет доказывать, что оригинальная формула остается в неприкосновенности.

А вот если войти в Осмотеку, вы почувствуете запах Прошлого. Но даже это не просто. Рядовые посетители не имеют прямого доступа к коллекции. Им будет предложен тур по музею с экскурсоводом, состоящий из лекций парфюмеров на пенсии и раздачи блоттеров для иллюстрации того, о чем идет речь. Блоттеры погружают в маленькие флакончики, а в этих флакончиках – разбавленные растворы того, что находится в Больших Флаконах, которые хранятся в темном, душном, холодном подвале. Эта часть коллекции не предназначена для непрофессионалов. Я удостоился чести побывать там только потому, что подарил музею редкий аромат, драгоценную унцию Parfum Idéal 1900 г. компании Houbigant, которую нашел нераспечатанной, в оригинальной упаковке, в московской антикварной лавке в 1991 г.

Конечно, покидая Осмотеку, вы можете взять с собой блоттеры, а если вежливо попросить, вам даже дадут маленькие целлофановые пакетики, куда их спрятать. Таким образом парфюм сохраняется намного дольше – порой неделями, а не несколько часов. Если вам удастся посмотреть парфюмеров за работой, вы нередко увидите на столах блоттеры в пакетиках из Осмотеки. Спросите, что за аромат у них там – и чаще всего услышите: Fougère Royale компании Houbigant. Сегодня я пришел к запаху Fougère Royale, и это то, что меня удерживает на своем месте.

Королевский папоротник

Некоторые говорят, что Fougère Royale относится к ароматам так же, как первая абстрактная гуашь Кандинского 1910 г. к живописи. Даже ироничное название (Fougère Royale – «королевский папоротник») говорит о том, что правила игры изменились: папоротники, разумеется, не имеют ароматов, да и ничего особо королевского в них нет[10]. Что же обеспечило Fougère Royale такую славу в 1881 г.? В нем использовался только что созданный синтетический ингредиент под названием кумарин. На самом деле кумарин содержится во многих натуральных продуктах, которые были доступны Полю Парке. Но он получил его в чистом виде, и недорого, что позволило ему использовать большие дозы и одновременно получить иной эффект. Я сижу за столом осмотекаря и жду, когда он проведет меня в холодильную камеру, чтобы услышать Fougère Royale. Наконец он появляется, мы скатываемся вниз по лестнице и проходим по коридору в холодильную камеру, где рядами стоят неприметные тусклые алюминиевые флаконы различных размеров. Все это выглядит очень обыденно, пока не прочитаешь этикетки: Émeraude, Iris Gris, Ambre Antique. Словно вас привели в укромный уголок зоопарка и дали возможность увидеть саблезубых тигров. Ассистент находит небольшой флакон Fougère Royale, опускает в него два блоттера, один передает мне, другой оставляет себе. Он слушал этот запах сотни раз, но я уже обратил внимание, что для профессионалов характерен этот совместный ритуал. Может, память о запахе выветривается, и им приятно освежить ощущения? Может, это просто маленькое краденое удовольствие? Как бы то ни было, это создает ощущение общности, своего рода раскуривание трубки мира в преддверии чего-то значительного.

Наконец, вот он, у меня под носом. В династии Fougère известно большое количество знакомых ароматов, почти все маскулинные, особенно Brut, Azzaro Homme и почти неуловимый Canoë. Все угловатые, мыльные и весьма беззастенчивые. Мне кажется, основатель этой линейки сам в изобилии обладал всеми этими качествами. Удивление увеличивается еще больше, поскольку Fougère Royale начинается как некоторые из симфоний Брюкнера, с приглушенного пианиссимо струнных, создавая впечатление невероятной легкости и тихой мощи. Конечно, запах кумарина чувствуется, но он одновременно свежий, чистый, терпкий, почти горький. Это такой косвенный запах чистой ванной комнаты, предполагающий черно-белую кафельную плитку, свежие, чуть сыроватые банные полотенца, свежевыбритого отца. Но погодите! В нем есть еще что-то любопытное и, кажется, не самое приятное. Это оттенок натурального цибетина – пахучего секрета, вырабатываемого железами азиатской кошки – циветты, и запах соответствующий. Внезапно я понимаю: мы в туалете! Идея – в говнеце, причем в чужом говнеце, этакий расплывчатый шок слегка отталкивающей интимности, которую ощущаешь, посетив туалетную комнату в доме, где устраивают большой прием. Не удивительно, почему Fougère Royale имел такой успех. Тот, кто им пользуется, на расстоянии – всеми любимый зять; чуть ближе – и немного животное. Спустя несколько месяцев, когда я пишу эти строки, блоттеры все еще производят свою магию. Я бы отдал что угодно, чтобы иметь у себя на полке целый флакон.

Почему «натуральное» не всегда хорошо

Но что, в конце концов, самое интересное в использовании Парке кумарина как составляющей нового аромата, и зачем он его вообще использовал? И кстати сказать, чем пахнет сам кумарин? Великий Стеффен Арктандер, автор справочника по пахучим молекулам[11], описывает его как «сладкий, травянисто-теплый, слегка пикантный аромат, в крайне разбавленном состоянии напоминает сено, орех, табак». Мы настолько привыкли ассоциировать этот аромат с предметами цвета буйволовой кожи, что при ощущении кумарина невозможно не думать о цвете беж. Тот, кто делал кумарин для Парке, просто копировал то, что существует в природе. Бобы тонка (семена плодов дерева диптерикса душистого), из которых добывался кумарин, содержат так много этого вещества, что когда их высушивают, оно кристаллизуется на поверхности. Примечательно, что бобы тонка содержат мало чего еще, так что можно сказать, что сам запах в чистом виде не является чем-то новым. Главное обоснование для использования синтетических материалов, как тогда, так и сейчас, заключается в том, что создавать их гораздо дешевле, чем экстрагировать из натуральных продуктов. Кумарин стоит €10 за килограмм, абсолют бобов тонка – €400 за килограмм. В аромате Fougère Royale содержится много других натуральных веществ, прежде всего дубовый мох и лаванда. Полагаю, его формула не перешла в общественное достояние. Эти добрые старые ингредиенты – растения, которые в наше время собирают преимущественно в России и странах бывшей Югославии. Их наваливают на грузовики, доставляют к ближайшим экстракционным установкам и смешивают с определенным горячим растворителем. Сырье экстрагируется из растения, затем подвергается паровой дистилляции. Неудивительно, что в результате получается неустойчивый, неоднородный и, учитывая грубость процесса, нередко некачественный материал. В некотором смысле натуральное сырье относится к растениям, из которых его получают, как апельсиновый джем к севильскому апельсину, или высушенные головы врагов индейцев хиваро – к головам их живых врагов. Если вам доведется попасть в парфюмерную лабораторию или, что проще, в лавку ароматерапии, рекомендую сначала открывать флакончики, нюхать содержимое, а только потом читать этикетки. Происхождение масла может часто оказаться сюрпризом. Например, розовое масло пахнет как концентрированная версия крепких и неожиданно бесцветных напитков из Эльзаса, которые составляют гордость искусства винокурения – Poire, Framboise. Иными словами, оно пахнет не так, как роза. Невероятно дорогой и почти невозможно богатый абсолют нарцисса, изготавливаемый на небольшой фирме Моники Реми в районе Грасса, пахнет как деревенское tutti. Сено, цветы, мед, коровий навоз, земля, даже порой ветчина – но совершенно не похоже на запах нарциссов, собранных вручную в районе Оверни, из которых его и делают.

Если бы розовое масло действительно пахло розой, парфюмерам осталось бы от стыда закрыть лицо руками и смириться с ситуацией.

В известном смысле само существование парфюмерии объясняется тем, что сырье оказывается лишь бледной копией реальности. Если бы розовое масло действительно пахло розой, парфюмерам осталось бы от стыда закрыть лицо руками и смириться с ситуацией. Однако их задача – перемешать все эти скрученные, вываренные, раздавленные фрагменты сушеных веществ и, подобно бальзамировщикам, вернуть им полноту жизни. Особая привлекательность натуральных веществ, которая одновременно является и главным недостатком, в их сложности. Сложность трудно определить и легко распознать. Вспомните, к примеру, первые музыкальные синтезаторы и «боп-боп», которые они издавали. Простые, механические звуки. Звуковые волны создаются по простой схеме, обычно одна или несколько синусоид, воспроизводимых одновременно. Эффект новизны был силен, но быстро выветрился, потому что мы привыкли к более сложным звукам – например, звукам голоса или скрипки. Натуральные звуки, например, несколько нот, взятых на флейте, – богатые и сложные. То же самое относится к запахам. Такие наши органы, как нос и ухо, рассчитаны на сложное восприятие. Чистые, простые химикаты имеют простой, часто скудный и не всегда приятный в долгосрочной перспективе запах, чтобы его использовать в качестве самостоятельного ароматизатора. Натуральные вещества обладают пусть даже и не всегда особо приятным, но богатым запахом, потому что для них это естественно.

Негативная сторона сложности заключается в том, что в таких случаях труднее составить оригинальный аромат: отдельные ноты оказывается невозможно контролировать. Каждый натуральный компонент содержит в себе множество разных запахов, и они существуют совместно. Это можно сравнить со строительством здания из сборных элементов: в каждом элементе установлена электропроводка, канализация, стены оклеены обоями и даже украшены картинками. Дом собирается быстро и даже может в итоге интересно выглядеть, но у вас нет возможности внести изменения в конструкцию или декор интерьера. Самой тяжкой парфюмерной работой в мире занимается главный парфюмер компании Aveda, который не только перечисляет все натуральные ингредиенты в составе, но и, подняв планку еще выше, указывает все компоненты organic.

Почему «химическое» не всегда плохо

Люди обычно плохо реагируют на слово «синтетическое», или «химическое»; чрезвычайно популярно мнение о том, что расширяются виды аллергии и повинна в этом неопределенная «синтетика». Но от многих натуральных веществ вам может захотеться бежать куда подальше чаще, чем от синтетических, и это подтвердит вам любая книжка по ароматерапии. Но если смотреть на ситуацию оптимистически, можно считать, что явным признаком прогресса и процветания цивилизации является то, что многим людям в развитых странах больше не о чем волноваться, кроме как о раздражении кожи, вот они об этом и волнуются. ЕС опубликовал список из двадцати шести аллергенов, которые предполагается запретить к употреблению. И список весьма любопытен. Большинство из них представляет собой вещества массового производства, т. е. такие, с которыми большинство людей вынуждены сталкиваться на регулярной основе. Это означает, что выбор аллергенов осуществлялся статистическими методами: необходимо набрать значительное количество людей, испытывающих аллергию на определенное вещество, прежде чем ситуация станет объектом внимания дерматологов.

В «разрешенном» диапазоне ароматизатор должен маркироваться символом, который означает «может быть вредно для вашего здоровья», и должны быть перечислены потенциальные аллергены. Все это хорошо, однако не факт, что в этом перечне окажутся ужасные химикаты, а не розовая эссенция или нечто подобное, что, по мнению людей, в нем содержится. Люди смотрят на этикетку и читают, к примеру: Hydroxymethyl pentylcyclohexene carboxaldehyde, он же Lyral^® – прекрасный и, разумеется, преимущественно безвредный синтетический ароматизатор – ландыш. Мысль о том, что «от природы плохого не будет», настолько укоренилась в нашем сознании, отчасти вследствие губительного влияния идиотских крайностей «зеленого» движения, что индустрия ароматизаторов уже даже почти не пытается объясниться.

Отчасти в этом, разумеется, повинна сама индустрия. Фраза «ложь, наглая ложь и…» должна, пожалуй, заканчиваться словами «парфюмерные пресс-релизы», а не словом «статистика». Мир ароматизаторов тщательно скрывает свои синтетические корни с самого, пожалуй, начала своего существования. Это объясняется общепринятой практикой (ныне, к счастью, выходящей из моды) считать женщин полными идиотками. Парфюмерная реклама полна примеров самого смехотворного бреда, несуществующих цветов и деревьев, «розового мускуса» и прочей бессмысленной мишуры. Все это было бы смешно, когда бы не было грустно. Если бы они с самого начала вели себя более открыто, не оказались бы в таком плачевном состоянии, как сегодня. Если еще добавить, что аналитическая химия постоянно совершенствует свои методы, что химики-аналитики в состоянии идентифицировать все более малые дозы ароматизирующих материалов там, где им не полагается быть – то рецепт для формирования массовой негативной реакции на все «химическое» у вас готов.

Мне кажется, что в основе всего этого лежит явление, которое я называю законом Сохранения Беспокойства. По мере того как настоящие поводы для беспокойства, такие, как полиомиелит, туберкулез, табакокурение, сокращаются, их место занимают ложные, чтобы уровень беспокойства оставался гомеостатически неизменным. Не могу себе представить ни одного процесса в развитом мире, за исключением крупных катаклизмов, типа пандемии, который мог бы перезагрузить этот уровень беспокойства. Газетная фраза «исследования показали» в наше время почти всегда предшествует появлению нового беспокойства, которое добавляется к этой куче, чтобы она ни в коем случае не уменьшилась. Разумеется, в этой области, если материальный прогресс будет продолжаться, дальше будет только хуже.

Парфюмерная реклама полна примеров самого смехотворного бреда, несуществующих цветов и деревьев, «розового мускуса» и прочей бессмысленной мишуры.

Если у вас случайно аллергия на абсолют нарцисса (€30 000 за килограмм), вам не о чем беспокоиться, потому что его, разумеется, не добавляют в стиральный порошок, которым вы пользуетесь. Если у вас аллергия на гидроксицитронеллаль, который присутствует всюду и пахнет ландышем, то вы наверняка встретите коллегу по несчастью в приемной кабинета дерматолога. Есть три возможных пути решения проблемы.

1. Запретить ароматизаторы: не годится, поскольку «неароматизированные» продукты плохо пахнут.

2. Запретить или ограничить использование проблемных химических веществ: хорошо, но через некоторое время им на смену придет куча других, вполне возможно, не менее аллергенных.

3. Давать полную информацию на бутылке, чтобы люди, имеющие аллергию на какие-то вещества, могли об этом узнать и держаться от них подальше. Это неплохое решение, за исключением того, что множество продуктов, которые, как вы полагаете, не имеют для вас вреда, не согласуются со страшным списком аллергенов ЕС, указанных на этикетке. Время покажет…

Но есть другой, гораздо более серьезный аспект применения химикатов, а именно загрязнение окружающей среды. Проблема со стиральным порошком, к примеру, заключается в том (и это обратная сторона медали) что это одно из самых сложных веществ для ароматизации. В результате добавляемые ароматические вещества оказываются его суровыми спутниками и достаточно стойкими, чтобы противостоять биоразложению. В конце концов, даже бактерии вынуждены подчиняться законам химии. Если добавить к этому, что сотни тонн таких веществ, обычно мускуса, ежегодно сливаются в канализацию, и что аналитические методы постоянно совершенствуются, то мы имеем предсказуемый результат: эти молекулы обнаруживаются в рыбе, молоке и прочих объектах, где им находиться, разумеется, не положено. Лучшее решение в данном случае – синтез молекул менее стабильных и более активных (чтобы их меньше требовалось), но при этом способных выдерживать американские горки стиральной машины и барабанной сушилки. Над этим сейчас работают. Разумеется, синтетические вещества подвергаются интенсивному тестированию на безопасность, прежде чем их выпускают в мир людей, чего, кстати, нельзя сказать о таких натуральных веществах, как болиголов.

Ответ Фейнмана

Тем временем нос наш продолжает изучать воздух, хотя мы даже не понимаем, как он работает. Перегретая электропроводка скоро загорится и устроит пожар в старом автомобиле, которым вы управляете. Ваш противный коллега завел тайную интрижку со студенткой, которая любит пачули. В шампанское, которое вы пьете (серьезная фирма), незаконно добавляют ароматизатор, чтобы вы хорошенько запомнили его вкус и возвращались к нему снова. Как все это работает? Начнем с основных принципов.

Однажды журналист спросил великого физика Ричарда Фейнмана, может ли он в одной фразе выразить все самое важное, что он знает о своей науке. Фейнман ответил: «Мир состоит из атомов». Действительно, это так, и поэтому мы и существуем. Не перестаю удивляться, что в одной приличной британской компании человека, который никогда не читал «Гамлета», считают невежей, а того, кто знает, что представляют собой атомы – «очень узким специалистом» и рекомендуют больше бывать на свежем воздухе. Если бы Фейнману предложили добавить еще одну фразу, он бы мог сказать: «Атомы взаимодействуют между собой и образуют молекулы». Молекулы – это то, что мы воспринимаем обонянием. Обоняние – наше химическое чувство, и мы настолько к нему привыкли, что даже не задумываемся, насколько оно удивительное. Представьте: часть мозга пробилась вниз через отверстие в кости и болтается где-то в верхней части вашего носа. Запах, в отличие от звука и света, не действует на расстоянии. Если вы что-то чуете, то лишь потому, что объект, запах которого вы ощущаете (не важно, что именно – Rose de Nuit или жареный бекон), испускает пахучие вещества, которые витают в воздухе и достигают вашего носа. Их невидимость создает впечатление какого-то мистического действа, но, если добавить парфюм в цветной дым, вы вскоре поймете, что чувствуете его запах, только когда цвет обволакивает вас. Сложный запах говорит сам за себя: это сложная смесь различных молекул, каждая добавляет собственную ноту, общая сумма которых и является тем запахом, который мы чувствуем. Но что представляют собой эти пахучие молекулы?

Фейнман этого не говорил, но молекулы – это группы атомов. Атомы представлены в различных ароматах, или элементах, и элементы различаются своей способностью контактировать друг с другом. Как было установлено более ста лет назад, атомы несколько похожи на маленькие солнечные системы со звездой в центре (ядром) и окружающими ее планетами (электронами). Ядро содержит положительный заряд, электроны – отрицательный. Для симпатичного, благонравного атома необходимо равное количество положительного и отрицательного заряда. Отрицательно заряженные планеты не просто носятся по все расширяющимся орбитам, а образуют группы, по восемь в каждой, если быть точным. Словно на каждой орбите есть место только для восьми планет; когда орбита считается заполненной, создается новая.

Главное во всем этом то, что социальное поведение атомов – область науки, которая называется химией – зависит преимущественно от того, сколько атомов находится на внешней орбите. Они как бы комфортнее себя чувствуют на полностью занятой орбите и находятся в постоянном поиске партнеров, чтобы обмениваться электронами и пребывать в покое. Например, если у атома на внешней орбите – семь электронов, он ведет себя как коллекционер, стремящийся заполнить пустующее пространство у себя на полке, и готов прихватить любой электрон, оказавшийся поблизости. Аналогичным образом, если атом только начинает создавать новую орбиту и на ней пока один электрон, он охотно готов с ним расстаться и вернуться в прекрасно организованное спокойное состояние с орбитами, заполненными восемью электронами. Вполне можно представить, что, когда такая великодушная персона встречает коллекционера-маньяка, между ними вспыхивает Любовь. Именно так происходит, когда металлический натрий (тот сверкающий маслянистый брусочек, который мы резали ножом на уроках химии) встречается с газообразным хлором (противный, тяжелый, желтый газ). Они моментально заключают сделку по обмену электроном, после чего мирно сосуществуют в виде хлорида натрия, или поваренной соли.

Кстати, таблица химических элементов называется периодической именно потому, что элементы, имеющие одинаковое количество электронов на внешней орбите, должны вести себя сходным образом. Углерод (C), вещество, из которого состоит почти все, что внутри и вовне нас, имеет четыре электрона для связи, и поэтому составляет максимум четыре союза со своими соседями. Следующий в ряду – кремний (Si), элемент, из которого, говоря языком «Звездного Пути», состоят все «неуглеродные объекты». У него на восемь электронов больше, чем у углерода. Поскольку его следующая орбита заполнена так же (четыре электрона), кремний несколько крупнее углерода, но тоже образует четыре связи, например с водородом, и при этом образуется, например, силан – газ с неприятным запахом. У кислорода и азота на внешней орбите по два или три электрона и они, соответственно, могут устанавливать по две или три связи с соседями, также как их кузены по периодической таблице сера и фосфор. Каждый, кто разделяет любовь к периодической таблице, относится к ней по-своему. Для меня она как групповая фотография одноклассников. Толстые парни – внизу, тощие – наверху, расставлены слева направо по темпераменту, т. е. меланхолики (восемь электронов) на правом краю, сидят рядышком с фосфатами, у которых по семь электронов. Бездумно щедрым типам с одним электроном уютно на краешке слева, а гармоничные и уравновешенные личности, те, кто пойдут (и пошли) далеко по жизни, располагаются где-то посередине.

Хлорид натрия не распадается потому, что его удерживает то, что держит вместе всё остальное – электрические силы. Трудно спокойно воспринимать факт, что весь наш мир склеен теми же силами, которые заставляют клочки бумаги прилипать к натертому пластмассовому стержню, но это так. В случае с хлоридом натрия натрий потерял один электрон и стал положительно заряженным, а хлор приобрел один и стал заряженным отрицательно.

Поэтому они держатся вместе. Но даже нейтральные атомы удерживаются электрическими силами, и причина этого иллюстрируется рисунком вверху, где облако – отрицательное, а ядро – положительное. Если сдвинуть два нейтральных атома (вверху) так, чтобы орбиты их электронов перекрывали друг друга (в середине), то в области перекрытия возникнет аккумуляция электронов. Возьмем два ядра и эту пересекающуюся область (внизу) и получим чудесный маленький сэндвич из положительного-отрицательного-положительного зарядов, которые стремятся быть вместе.

Однако не все так просто, иначе химики не получали бы такие большие зарплаты и не занимали престижные профессорские должности. Каждый электрон на внешней орбите самостоятельно создает свое маленькое облако перекрытия. Это означает, к примеру, что углерод, имеющий на внешней орбите четыре электрона, может создать четыре таких облака, в то время как водород, с одним-единственным электроном, может создать одно.

Соединим один атом углерода и четыре атома водорода и получим молекулу метана, или CH₄, изображенную ниже. Он также известен как болотный газ, и это тот самый газ, который сочится из земли в угольных шахтах и убивает людей. Более точное изображение помещено ниже.

Белые атомы водорода на самом деле организуются не в плоскости крестообразной формы, а на максимальном удалении друг от друга, в четырех углах тетраэдра. В целом это несколько напоминает молочные картонки фирмы Tetrapak 1960-х гг. Большинство атомов углерода в итоге создают по четыре связи, и не только с водородом, но и, например, с другими атомами углерода.

Ну и поскольку мы в теме, посмотрим на структуру кумарина: модель, созданная из шариков, структура, показывающая элементы, и упрощенная нотация, которой пользуются современные химики. В упрощенной нотации предполагается, что все – атомы углерода (связанные с соответствующим количеством атомов водорода и имеющие по четыре связи), если не конкретизировано иное.

Все это выглядит как набор конструктора, и химики любят в него играть. Химики, по традиции, определили цвета для различных атомов, или элементов. Углерод – черный, потому что самая дешевая его форма – графит, используется как грифель для карандашей. Сера – желтовато-зеленый, как цвет природных серных отложений. Кислород – красный, возможно, потому, что химическим веществом, из которого его впервые выделили, был любимый алхимиками оксид ртути, имеющий интенсивный красный цвет.

Маленькие первичные атомы водорода (из которого состоит практически вся наша вселенная) изображаются белым цветом. Азот получил синий цвет, что вполне понятно, если вспомнить, что воздух в небе у нас над головой состоит преимущественно из азота. Эти и все остальные химические элементы имеют еще и буквенные обозначения: C, H, O и N. Нотация, в которой водород опускается, используется химиками для быстрой записи (своего рода «скоропись»). Это скорее не 3D, а ¹/₂D, но она вполне внятно представляет форму молекул и их взаимодействие. Это и удачная мнемосхема, поскольку у нас прекрасная память на схемы.

Начала запаха: химические слова

Как я уже писал, база данных расположенной в Германии почтенной организации Beilstein (имеющая сейчас и веб-сайт), содержит перечень 8 128 462 различных молекулярных структур, обнаруженных и описанных с 1779 по 2001 г. Обратите внимание на начальную дату: именно тогда люди наконец отказались от алхимических идей[12] и стали использовать химическую нотацию, которая применяется до сих пор. Все эти молекулы – отнюдь не теоретические построения. Каждую из них где-то когда-то создал какой-то химик, и для того, чтобы другие могли это повторить, публиковались рецепты.

Чтобы легче понять количество и разнообразие молекул, полезно представить их в виде слов, записанных языком, который называется SMILES. Блестящая идея создания особого языка пришла в голову Дэвиду Вейнингеру[13] в 1988 г. Аббревиатура расшифровывается как Simplified Molecular Input Line Entry System. (Система Упрощенного Представления Молекул в Строке Ввода). Система была разработана для компьютеров, которые, как известно, намного лучше разбираются с обработкой последовательности знаков, т. е. слов, чем с изображениями.

В SMILES каждая молекула представлена как слово, каждая буква которого представляет атом, и содержит встроенные инструкции о том, как они соединяются. Например, ниже представлены формулы циклогексана (шесть атомов углерода в цикле), пирана (традиционное, или «общепринятое» название) и циклогексанона (шесть атомов углерода с «одним» или С=О выступающим). Как это работает, очевидно само по себе: когда есть замкнутый цикл, его разрезают и помечают концы (С1 связан с С1), и так далее. Используя SMILES, можно представить практически любую молекулу в простом, машиночитаемом виде, что не требует сложных алгоритмов представления структур в виде схем, графов и пр. Например, наш кумарин на языке SMILES выглядит как O=C1OC2=CC=CC=C2C=C1.

А теперь немного полезной информации о связи запаха и SMILES:

1. Наш нос любит короткие слова, обычно состоящие менее чем из двадцати букв.

Например, O=C1CCCCCCCCCCCCCCC1 пахнет как мускус, а O=C1CCCCCCCCCCCCCCCCC1, на два С длиннее, запаха не имеет. Грубо говоря, всё, имеющее более 16 С, имеет значительные шансы оказаться без запаха. Более крупные объекты не воспринимаются нашим сенсорным механизмом.

2. Чем короче слово, тем короче запах. Если разбрызгать CSC на кожу, вы в течение тридцати секунд будете чувствовать запах трюфелей. В парфюмерии это называется «верхняя нота». Каждая буква увеличивает время приблизительно вдвое. Попробуйте CC(C)= CCCC(C)=CC=O, и вы в течение тридцати минут будете ощущать запах лимона – это «средняя», или «сердечная» нота аромата одеколона. А вот если разбрызгать CC1CC(C)(C)C2=CC(C)=C (C=C2C1(C)C)C (C)=O, то вы будете в течение тридцати часов ощущать запах дешевого мускуса. Это «базовая» или «конечная» нота.

3. За некоторыми исключениями типа яркого, с запахом гиацинта бромостирола, содержащего крупный, коричневый бром (Br) и ныне вышедшего из употребления, ароматные молекулы состоят всего из пяти атомов – углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N) и серы (S). Все эти элементы – из одного угла периодической таблицы, спокойного Верхнего Восточного Угла, что неудивительно, поскольку именно из этих пяти элементов и состоит жизнь.

4. Эти молекулы должны иметь способность летать, чтобы достичь нашего носа, следовательно, они не должны нести зарядов, которые заставят их прилипать друг к другу (ни положительного, ни отрицательного), и не слишком много липких групп типа – О на конце слова. Они создают слабые связи между собой, так называемые «кислородные связи», которые не дают молекулам возможности разлетаться.

5. Если вы планируете продавать молекулы в ароматах, они должны быть по возможности инертными, никаких веселеньких штучек типа ОО или ООО (пероксиды и озониды) или N=NC (диазосоединения), никаких активных реактивных веществ типа OCN, NCS и прочих. И самое важное:

6. Нет двух слов, которые пахнут одинаково. Например, O=C1CCCCCCCCCCCCC1 имеет запах мускуса, а O=C1CCCCCCCCCCCC1, которое всего на одну С короче, имеет запах кедра. Среди запахов есть братья и сестры, но абсолютных близнецов не существует. Почему мы можем так утверждать? Спросите любого химика, работающего с ароматами: созданы сотни тысяч молекул, каждая представляет собой отдельное слово. Сравните их между собой, если хотите – у них никогда не будет идентичного запаха.

Запах становится парфюмом: химические стихи

Многие сотни таких слов составляют парфюм – химические «стихи». Распылите аромат на блоттер в магазине (сейчас они это разрешают) и быстро понюхайте, а потом сделайте то же самое через пару минут. Когда вам это наскучит, положите блоттер в карман и пойдите прогуляйтесь. Понюхайте его еще раз через пару часов, затем забудьте и вернитесь к нему, скажем, через месяц. Вы непременно обратите внимание, что парфюм каждый раз пахнет по-разному: сначала вы чувствуете запах спирта, потом обычно свежий и цветочный, потом – более теплые и сладкие ноты, затем – длительные, довольно стабильные сердечные ноты, и, наконец, шлейф, который через несколько дней часто превращается в нечто неопределенное. Дело в том, что различные типы молекул покидают блоттер с различной скоростью. Мелкие высвобождаются раньше, большие и тяжелые остаются дольше, порой до тех пор, пока вы не выбросите блоттер в корзину.

Парфюм, к которому вы привыкаете, работает как хорошие часы. Процессия ароматов, стремительная вначале, размеренная позже, подсказывает нам, в каком месте сюжета мы находимся. Распылите его после работы. Верхние ноты, которые улетучиваются первыми, говорят, что мы в самом начале вечера, который сулит большие надежды. Затем появляются сердечные ноты, в которых проявляется подлинное искусство парфюмера; в них аромат старается (как и мы сами) предстать максимально необычным, прекрасным, интеллектуальным. Наконец, где-нибудь к трем часам ночи, парфюм буквально выветривается до своих самых темных, тяжелых молекул: это время, когда проявляются наши самые основные инстинкты, от желания спать до иных развлечений.

Такое поведение подчиняется закону физики, так же хорошо нам знакомому, как и другие проявления стрелы времени. Представьте себе странность аромата, например, одеколона, если бы он прозвучал в обратном порядке: сначала сладкие, мягкие, янтарные ноты, потом – пряные сердечные и, наконец, посреди ночи – взрыв свежего цитруса. Это будет не менее пугающе, чем вода в ванне, которая вдруг начнет собираться в струю, подниматься и уходить через водопроводный кран.

Срывает молекулы со своих мест тепло. На теплой коже молекулы подвергаются термальной встряске сильнее, чем на холодной поверхности. Если хотите проследить за парфюмом в замедленной съемке, распылите его на лист бумаги или на верхнюю одежду. Холодные объекты пахнут слабее, и одна из особенностей снежной ночи – тотальная пустота, которую воспринимает наш нос. Особое удовольствие от мороженого – удивление от его богатого аромата, который раскрывается под воздействием тепла вашего рта. Попробуйте вот что: положите в блендер несколько ягод клубники со льдом, перемешайте, пока лед не раскрошится полностью, подождите секунд десять, после чего снимите крышку и понюхайте. Вы почувствуете запах крутых яиц, потому что клубника содержит легкие серные компоненты, которые только и могут улетучиваться при такой низкой температуре.

А какого размера молекулы? Представьте их на полоске блоттера как огромную стаю птиц, устроившуюся на белом песчаном пляже. Издалека их не видно, но по мере того, как вы подходите ближе, вы понимаете, что пляж, насколько хватает глаза, усеян миллионами птиц всех цветов и размеров. Десятки различных видов, от скворцов до величественных пеликанов – каждая птица соответствует определенной молекуле в парфюме. Внезапно поднимается ветерок, и птицы взмывают в небо – мелкие и шустрые первыми, за ними чайки, неуклюжие фламинго, последними – пеликаны. И все они пролетают сквозь ваш нос.

dms, musk

Типичная молекула размером со скворца, диметилсульфид (dms на рисунке) или CSC в нотации SMILES, обладает сильным запахом трюфелей, хотя обходится намного дешевле самих трюфелей – примерно £10 за литр у поставщиков химикатов. Она состоит всего из девяти атомов и улетает так быстро, что вы едва успеете почувствовать ее на блоттере, а если его передать кому-то еще – окажется слишком поздно. Атом в середине – сера.

А теперь пеликан: мускус, черное кольцо атомов углерода, пронизанное белыми атомами водорода плюс красный атом кислорода как драгоценный рубин. На языке SMILES это выглядит как O=C1CCCCCCCCCCCCCCC1, и запах на блоттере сохраняется несколько дней, а то и недель. А какого размера должна быть бумажная полоска блоттера шириной в палец, если dms будет размером с настоящего скворца, а мускус – размером с пеликана? Шириной примерно в 120 миль: молекулы действительно чрезвычайно маленькие.

Читаем стихи по строкам

Процесс, при котором более мелкие молекулы улетучиваются первыми, а более тяжелые – позже, известен нам под другим именем – дистилляция. Перегонный аппарат – древнее изобретение, и даже самый простой способен отделить, например, спирт от воды. Надо просто постепенно увеличивать температуру и наблюдать, что собирается на холодном конце реторты. Первым появится спирт. Самый совершенный перегонный аппарат называется газовым хроматографом. Его изобрели в 1950-е гг. Мне повезло приобрести один такой бывший в употреблении, отремонтированный прибор по цене подержанного «Ягуара». И он теперь тихонько гудит у меня в подвале, пока я пишу эти строки. Он – красавец. Этот аппарат для запаха – что призма для света. Он разделяет парфюмерные смеси на составляющие. Прибор исключительной элегантности и простоты, но без него жизнь химика-осмолога была бы сущим кошмаром.

Вот как это работает. Вспомните, когда вы последний раз ужинали в итальянском ресторане. Стол был накрыт толстой белой хлопковой скатертью. Вы не обратили внимание, что капля красного вина, пролитого на скатерть, по мере проникновения в хлопковые волокна как бы меняет цвет, и по краю бурого проступает синий? Это хроматография, и впервые подобное явление было замечено применительно к цвету, отсюда и название (от др. – греч. χρῶμα – «цвет»). Идея в том, что различные молекулы могут перемещаться с различной скоростью, подобно марафонцам-любителям. Если их всех выпустить на трассу с выстрелом стартового пистолета и посмотреть, что будет, скажем, через десять миль, окажется, что они бегут мимо вас длинной вереницей – впереди самые быстрые, потом те, кто помедленнее, среди отстающих – обладающие лишним весом.

Представьте тонкую стеклянную трубку в доли миллиметра в диаметре и длиной около тридцати метров. Она аккуратно свернута в спираль, чтобы могла поместиться в печь размером под среднюю индейку с регулируемой температурой. Внутренность трубки покрыта вязкой субстанцией, в которой растворяются ароматические молекулы. Концы трубки должны выступать из печки, чтобы в один можно было запускать вещество, а из другого – собирать. Теперь пустим по трубке струю газа. В системе надо предусмотреть клапан, чтобы на входе можно было запускать небольшие порции ароматической смеси, не мешая при этом потоку газа. Установим в печке температуру, скажем, 100 °С. Запустим на входе в трубку порцию ароматической смеси и сунем нос к выходному отверстию. Различные молекулы попадают в трубку одновременно и движутся по ней, увлекаемые потоком газа. Если они не задержатся на стенках трубки, то и вылетят из нее одновременно. Но они, касаясь стенок, именно что приклеиваются к внутреннему покрытию, после чего должны в буквальном смысле «выпариться» из него, чтобы следовать дальше. Разумеется, молекулы, которые лучше приклеиваются к покрытию, проводят меньше времени в газовом потоке, а те, которые крепятся слабо, быстро летят дальше. Поскольку все молекулы с определенной структурой ведут себя практически идентично, то и вылетают из трубки примерно в одно время.

И на выходе получается разделение сложной смеси на компоненты. Если запустить в трубку смесь запахов, на выходе в течение нескольких минут можно будет ощутить различные «выдохи». Каждый «выдох» длится несколько секунд, и лучше не пропустить эти моменты, иначе запах улетучится. Для облегчения процесса часть потока на выходе направляется в детектор, связанный с автоматическим регистратором-самописцем. Если на выходе ничего нет, самописец рисует на бумаге ровную линию. Когда появляется «выдох», он рисует всплески, или пики. Звук ожившего самописца – знак того, что нужно спешить к выходному отверстию и принюхиваться. Можно для разнообразия добавить свистки и колокольчики – и заниматься этим делом весь день. Постепенное повышение температуры в печи приводит к тому, что даже самые липучие молекулы отклеиваются и вылетают наружу. Влажный и теплый воздух на выходе усиливает запах, но почему это происходит, неясно. Небольшой компьютер сообщает вам, какое количество вещества вылетает из трубки с каждым «выдохом». Так работает настоящий газовый хроматограф, анализирующий запахи. Этот прибор, и только он может точно сказать вам, из чего состоит тот или иной парфюм, и даст возможность почувствовать запах чистых молекул.

Как создают молекулы

Рецепт для кумарина, незаменимой молекулы в синтетической парфюмерии, основан на химической реакции, которая называется конденсацией Перкина, названной в честь выдающегося промышленного химика-органика сэра Уильяма Перкина. Выглядит она следующим образом[14]:

В 250-миллиметровую круглодонную колбу помещают 2,1 г салицилальдегида, 2 мл сухого триэтиламина и 5 мл уксусного ангидрида и аккуратно нагревают смесь в течение 12 часов. С помощью пара дистиллируют смесь из реактивной колбы и удаляют дистиллят. Оставшуюся в колбе кислоту нейтрализуют твёрдым бикарбонатом натрия, используя лакмус в качестве индикатора, затем охлаждают, отфильтровывают осажденный неочищенный кумарин и промывают небольшим количеством холодной воды.

Если вы, как и я, не химик, то в первую очередь наверняка обратили внимание, что выглядит это несколько проще, чем, скажем, приготовление говядины «Веллингтон». Все, что вам требуется – немного стеклянной посуды и три компонента – «строительных блока», которые Перкину пришлось изготавливать самому, но сегодня их можно купить за несколько евро. Честно говоря, даже во времена Перкина никто не начинал с компонентов размером в один атом углерода. Но откуда берутся все эти компоненты? Если проследить источник до самого начала, окажется, что они берутся из нефти, т. е. из древнейших форм жизни[15], которые кропотливо собирали их из отдельных атомов, или из современных форм жизни, например, из древесины. Кроме того, вы обратите внимание, что эти строительные блоки имеют старомодные названия: салицилальдегид (от salix – ива, из которой его изначально экстрагировали), уксусный альдегид – от уксуса, лакмус. На самом деле, весь процесс приятно эмпирический («аккуратно», «немного воды», «лакмус в качестве индикатора»). Химия, действительно, до сих пор – искусство.

Механизм этой реакции хорошо известен. Чтобы вы получили беглое представление о том, как работает синтетическая органическая химия, посмотрите на объяснение, которое я привожу ниже. Если для вас все понятно, ваше будущее обеспечено.

Искусство синтетической органической химии своеобразно: те, кто этим занимается, напоминают охотников, которым нужно понять логику поведения своей добычи.

Знакомясь с миллионами ситуаций, т. е. с отдельными химическими реакциями, они приобретают интуитивное понимание поведения молекул. Существует много строгих правил, но в принципе химия непредсказуема. Помнится, однажды мне попалась книга под названием «Удивительные химические реакции». Там на нескольких сотнях страниц просто показывались реагенты и продукты для реакций, которые приводят к неожиданным результатам. Самое примечательное в ней было отсутствие текста, за исключением ссылок на оригинальные научные публикации. Для фанатов этого дела ничего другого и не требуется.

Изящество научной синтетической химии заключается в создании сложных молекул с нуля. Изящество промышленной химии – в создании молекул дешево и эффективно, с минимумом ступеней реакции.

Дело в том, что реагенты, которые вы используете для получения нужного вещества, никогда не дают 100 % «выход». Большинство реакций дают около 70 % полезного продукта. Остальные 30 % могут быть чем угодно – не вступившими в реакцию фрагментами, нежелательными продуктами, любыми отходами, которые стоят денег. Если вам нужно десять ступеней реакции, на выходе вы можете получить лишь несколько процентов полезного продукта. Он, разумеется, получится весьма дорогим, и нужно, прежде чем открывать производство, быть заранее уверенным, что люди захотят покупать этот продукт. По шкале сложности химических реакций от единицы до десяти – где 1 означает «легко», а 10 – «кошмар», производство кумарина оценивается в 2 балла. Производство некоторых из недавно полученных молекул сандалового дерева, типа причудливой и потрясающей Javanol^® компании Givaudan, с ее двумя трехчленными кольцами и невероятно богатым ароматом, оценивается в 8 баллов и очень дорого. К счастью, Javanol^® обладает прекрасным и очень ярким запахом, поэтому его можно продавать за большие деньги.

Проблема терминологии

Несколько лет назад меня пригласили в Кембридж прочитать лекцию для математиков. Беседовать с математиками всегда удовольствие, а поскольку у них много свободного времени (нельзя же весь день думать о математике), они, как правило, проявляют острый интерес к другим областям науки и обладают здоровой бдительностью людей, проводящих всю жизнь под ярким солнцем истины. Это полезно и потому, что, если не интересоваться постоянно, вы понятия не будете иметь, что происходит в мире математики. Стоит отключиться на пару лет – и вернувшись, вы с удивлением обнаружите, что некоторые вопросы, которые казались нерешаемыми, уже давно решены. Более того, о них можно получить полное представление, загрузив соответствующую программу из интернета (разумеется, бесплатно): вейвлет-преобразование, нейронная сеть, алгоритм фрактального сжатия, нелинейные волны – всё по вашим запросам.

Меня пригласил Дэвид Маккей из Кавендишской лаборатории. Мы беседовали о запахах и молекулах запаха. Я рассказал ему, что в разговорах с химиками у меня возникал вопрос, что получается, когда возникают «молекулярные опечатки».

Предположим, что запах «записан» в молекуле определенной нотацией. Что получится, если, изменяя какую-то часть молекулы, сделаешь «опечатку» в оригинальном слове? В лексике, разумеется, могут получиться другие слова, сходные или совсем с другим значением, например, «тень», «сень» или «пень». Но количество слов не бесконечно. А как с запахами? Одному известному химику запахов по имени Чарльз Селл из компании Quest International я задал конкретный вопрос: когда вы создаете несколько дюжин молекул в поисках, скажем, мускуса, что вы получаете, когда вы не получаете мускус (это бывает весьма часто). Он ответил без колебаний: «дерево или амбру».

Ответ заставил меня задуматься. Он предполагает, что дерево и амбра каким-то образом «близки» мускусу. Поскольку роза или кокос не получаются никогда, это означает, что они от него далеки. Но когда создаешь молекулы розы, иногда получаются молекулы дерева, иногда – лимона. А это означает, что дерево связано с розой и мускусом, но у розы и мускуса нет общей границы. Играть с молекулярными опечатками – все равно что тыкать вслепую в географическую карту, зная лишь приблизительное направление. Говоря языком артиллеристов, когда целишься в конкретный запах, вероятное отклонение допускает, что ты попадешь в соседний район, но не в соседнюю страну. Я пересказал это Маккею, и он, в типичной для математика манере, заметил: «Ты можешь сопоставить это с самоорганизующейся картой Кохонена». Затем терпеливо объяснил, как это работает. Предположим, у вас есть тысяча молекул, каждая из которых обладает запахом, который можно описать, допустим, четырьмя словами с убывающей степенью соответствия: например, древесный, розовый, мыльный, сладкий. Алгоритм Кохонена подскажет, какие комбинации слов чаще всего встречаются рядом[16], выстроит их соответственно, чтобы сгладить все морщинки, и развернет соответствующую карту, которая, в принципе, и окажется картой запахов.

Для этого вам понадобится много дескрипторов, а для этого надо проникнуть в одну или несколько баз данных крупных производителей, у которых за многие годы накопились сотни тысяч молекулярных «опечаток» (наряду с бесспорно прекрасными словами). Эти базы данных ревностно охраняются, поскольку в них содержится информация, являющаяся собственностью фирмы. Наиболее ревностно охраняется молекулярная структура, имеющая отношение к конкретному запаху. Но не все потеряно: в карте запахов интересно то, что молекулярную структуру знать совсем не обязательно, если работать исключительно на уровне самих запахов. Нас с Дэвидом весьма увлекла эта перспектива, и я пообещал кое-что выяснить, а именно связаться с несколькими крупными фирмами и попросить у них отредактированную версию баз данных, в которой не будет структур, а только описания. В какой-то момент это показалось реальным и меня даже приглашали в несколько таких компаний, но разговоры закончились ничем. К сожалению, в то время (конец 1997 г.) мои отношения с крупными производителями оставляли желать лучшего[17], и доступа к базам я не получил. К сожалению, помимо этих баз данных, вся информация чрезвычайно разбросана, требуются огромные усилия, чтобы собрать ее и ввести в компьютер, и я временно отказался от этой мысли.

Ландшафт запахов

Немного биологии

Запах, как и цвет – биологический феномен. Это не собственное свойство молекулы – это то, что чувствуют наши клетки, когда молекулы к ним прикасаются. Иными словами, это проблема молекулярного распознавания. Молекулярное распознавание повсеместно в биологии. Наберите «молекулярное распознавание» в поисковой строке любого браузера – и вам вывалится более пятисот тысяч результатов.

Сначала рассмотрим, как жизнь создает свои молекулы. Кумарин получают из бобов тонка с дерева, которое на языке народа тупи из Французской Гайаны называют cumarù.

При ферментации бобы высыхают и высвобождают кумарин, которого так много, и он такой чистый, что на поверхности бобов спонтанно образуются белые кристаллы. В очень слабом растворе он сладкий на вкус. В более концентрированном – горький. Одного боба достаточно, чтобы сделать добрый (хотя и несколько канцерогенный) килограмм мороженого. Всю свою жизнь бобы дерева диптерикс душистый в природных условиях без малейших возражений вырабатывают кумарин – для этого им не требуются ни сильные кислоты, ни причудливые растворители, ни бикарбонат натрия. Они делают это с помощью инструментов, о которых современные химики-органики могут только мечтать[47].

Почти каждая химическая реакция в живом организме облегчается благодаря специальному катализатору, или энзиму, который сам по себе является молекулой. Как это работает? Например, в случае с кумарином, пятым шагом его натурального образования в бобе является изгибание свободного конца молекулы таким образом, чтобы ей было легче найти кусок, к которому нужно присоединиться. Это происходит благодаря энзиму под названием изомераза, который прикрепляется к молекуле таким образом, что заставляет связь «повернуться» в нужном направлении, как мы поворачиваем, например, крышку банки с бисквитами.

Запах, как и цвет – биологический феномен.

Для связывания молекул энзимы должны иметь достаточно большие карманы, чтобы молекулы в них помещались. Соответственно, энзимы стремятся быть намного крупнее, чем объекты, которые они связывают. Одна такая изомераза изображена ниже, вместе с гораздо более мелкой молекулой кумарина, которую она связывает.

Этот энзим по биологическим стандартам считается мелким, но все равно это очень большая молекула для химиков: сорок четыре атома углерода, шестьдесят девять – водорода, двенадцать – кислорода, один – азота. Белки, или протеины – большие: простой (фиктивный) белок, представляющий только по одному из каждых двенадцати доступных компоновочных блоков, в нотации SMILES выглядит следующим образом:

OC(=O)CC[C@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)[C@@](n: c(=O)CN)C)C(C)C)CC(C)C)[C@@](C)CC)CO)[C@](O)C)CS)CCSC)Cc1ccccc1)Cc2c

Энзимы типа изомеразы – класс белков. Если бы его можно было разделить, то этот энзим, как все белки, выглядел бы как спутанная нитка бус, созданных из маленьких, размером с молекулу кумарина, строительных блоков, связанных между собой. Различные белки просто создаются из различных строительных блоков, и цепочка может оказаться длиннее или короче. Жизнь состоит преимущественно из двух типов молекул, маленьких, как кумарин, и больших, как белки. Некоторые белки являются инструментом для создания или разделения мелких молекул, но есть и другие типы – сенсоры, которые просто сообщают вам о наличии мелких молекул. Например, когда вы принимаете валиум (мелкая молекула), валиум связывается с рецептором (большая молекула, или белок), который действует как тумблер, включающий или выключающий белок. Поразительное здесь то, что когда белки (большие парни) связывают молекулы (маленькие парни), они делают это с абсолютной точностью? Тот, который ориентирован на кумарин, не связывает валиум, и наоборот. Впрочем, как можно предполагать, мир состоит далеко не только из кумарина и валиума. На самом деле известны десятки тысяч мелких молекул и десятки тысяч белков (энзимов или сенсоров), которые создают, ломают или просто дают ощущать мелких парнишек. Как рецепторы понимают, какие молекулы связывать?

Ключи и замки

Ответ – в системе замкóв и ключей. Белки – это замки, а мелкие молекулы – ключи. Абсолютный механизм взаимодействия ключа и замка нам хорошо известен – это антитела. Сделать инъекцию (вакцинацию) ключа (мелких молекул), чужеродного организму, и организм в обязательном порядке начнет производить замки (антитела). Они прикрепляются к чужеродным молекулам и не дают им нанести вред организму. Как они прикрепляются? Нет, не с помощью сильной двухэлектронной связи, как между атомами в молекуле. Нет, происходит взаимное прилипание антител и молекул, своего рода флирт, отличающийся от реального брака настоящих связей. Причина этого взаимодействия в том, что молекулы имеют небольшие липкие участки. Например, азот в мелкой молекуле может прикрепиться к ОН-группе большой молекулы; два бензольных кольца могут слипнуться как стопка тарелок, а положительный заряд мелкой молекулы может прикрепиться к отрицательному на большой. В каждом случае действуют исключительно электростатические силы, но они слегка различаются между собой по силе и дальности действия. Каждая из этих сил весьма разборчива в плане расстояния и направления. Объекты должны быть сориентированы как полагается, иначе связи не получится. Это взаимодействие можно сравнить с взаимодействием магнитов: на небольшом расстоянии, и только если магниты ориентированы должным образом.

Таким образом, проблема молекулярного распознавания сводится к наличию правильного расположения магнитов в нужном месте и правильной ориентации ключа и замка. Чем больше вступающих во взаимодействие магнитов, тем больше сила взаимодействия между большой и мелкой молекулами. Чем больше сила, тем плотнее связь. Что означает тесная связь? Многое. Во-первых, это означает, что ключ не выпадет из замка. Надо не забывать, что нагрев постоянно пытается развалить объекты на куски. Все время каждый конкретный атом каждой конкретной молекулы движется по собственной орбите и сталкивается с соседями. При комнатной температуре или нормальной температуре тела сотрясения не настолько сильные, чтобы разорвать нормальные связи внутри молекулы, но их силы достаточно, чтобы ослабить силу магнитов, которые держат вместе две молекулы. В результате сотрясений они распадаются, потом, когда тепловое движение развернет их липкими частями друг к другу в диапазоне контакта, они попытаются соединиться снова. Какое-то время они просуществуют вместе, потом распадутся снова. Само собой разумеется, что если ключ держится в замке с помощью нескольких магнитов, то он будет выпадать не так часто, и не в последнюю очередь потому, что ключ выпадет от сотрясения только в том случае, если они перестанут действовать все сразу одновременно. Это означает, что ключ будет больше времени находиться в замке и тратить меньше времени, болтаясь вокруг, чтобы снова найти свою замочную скважину.

Иными словами, чем прочнее связь, тем меньше вещества вам требуется, чтобы воткнуть ключи во все замки. Лекарства, типа болеутоляющего эторфина, психоделика ЛСД или нейропаралитика тетродотоксина действуют в малых дозах, потому что плотно скрепляются с белками, или рецепторами. Разумеется, нежелательно, чтобы они прикреплялись слишком сильно, потому что в таком случае от них никогда не избавиться. А такое бывает: витамин биотин – ключ, который прекрасно подходит к белковому замку под названием авидин, все магниты организуются в идеальном порядке, а в итоге при комнатной температуре ключ-биотин выпадает из замка-авидина раз в девятнадцать лет. Это делает его бесполезным в качестве мессенджера или, в нашем случае, молекулы вкуса или запаха. Представьте, что биотин – молекула, дающая сладкий вкус, а рецептор сладости у вас на языке – авидин. Один глоток такого вещества – и вы будете ощущать сладкое послевкусие круглосуточно до самой пенсии.

Кто поворачивает ключ?

Главная цель прикрепления молекулы к рецептору – активизировать его. Из того, что нам известно о рецепторах, это предполагает тонкое, но далеко идущее изменение в структуре рецептора, небольшую перестройку составляющих его аминокислот, именуемую «конформационным преобразованием». Когда происходит такое преобразование, рецептор, через включение других механизмов замка-ключа, может включить другие действия и стимулировать реакцию клетки на изначально слабый молекулярный сигнал. Но это не дает ответа на другой, более сложный вопрос. В конце концов, подобрать надлежащий ключ к замку – это хорошо, но когда он подобран, что поворачивает ключ и вызывает конформационное преобразование? Ответ вас удивит: ничто. Дело в том, что ни ключу, ни замку энергия не нужна. Когда мы поворачиваем ключ, мышцы руки преодолевают сопротивление пружинок и трения в замке. Молекуле в рецепторе такой «моторчик» недоступен. Происходит следующее: замок немного сотрясается от тепла и спонтанно открывается сам на небольшие промежутки времени. На самом деле, маленькие жизненные механизмы ведут собственную полную сотрясений жизнь. В этом трясущемся мире ключу достаточно прилипнуть к замку, когда он открыт, и тем самым заставить его оставаться открытым немного дольше. Возможно, неплохая аналогия – дверной шпингалет во время землетрясения. Шпингалет спонтанно подпрыгивает. Если прикрепить магнит на дверь рядом с верхним краем шпингалета, то, когда тот подпрыгнет, магнит плотно прихватит шпингалет. Если магнит достаточно сильный, он сделает так, что дверь будет постоянно открыта, и не одно новое сотрясение ситуацию не изменит. Дверь постоянно будет открыта. Это – биотин, или наша вечная сахарная таблетка.

Рецепторы – это белки, т. е. большие молекулы, создаваемые живыми организмами для выполнения всех сложных задач, таких как расщепление молекул, создание молекул, копирование ДНК, движение, реакция на свет и множество других.

Если магнит действует правильно, замок будет большую часть времени оставаться открытым, и только сильное сотрясение время от времени будет закрывать его. В этом трясущемся микроскопическом мире весь дом постоянно сотрясается, и магнит на самом деле можно использовать в качестве ключа: прикрепить его к двери, и замок будет находиться достаточное время в открытом положении, открывая дверь. Но, конечно, и сам магнит от сотрясения может отвалиться, поэтому его точная сила должна соответствовать массе шпингалета и тому времени, на которое вы хотите держать дверь открытой. Хорошо все это усвоив, можно переходить к первой загадке запаха.

Но прежде еще несколько слов о рецепторах в целом. Как я говорил раньше, рецепторы – это белки, т. е. большие молекулы, создаваемые живыми организмами для выполнения всех сложных задач, таких как расщепление молекул, создание молекул, копирование ДНК, движение, реакция на свет и множество других. Почти каждая отдельная химическая реакция в каждой клетке нашего организма управляется, контролируется и вообще происходит благодаря белкам. Белки – это устройства, обеспечивающие наличие самой жизни. Можно сказать, что биологи и прочие, кто раскрывает тайны живых организмов, открывают целую цивилизацию с чрезвычайно развитыми технологиями. Самое странное в этом то, что живые организмы, составляющие эту цивилизацию – эти самые клетки нашего организма. Биологи, точнее говоря, подобны инженерам, которые наткнулись на космический корабль пришельцев в хорошем состоянии и пытаются разобраться, как он устроен и как работает. Есть вещи, полезные даже при том, что вы не понимаете их назначения: вакцины стали использовать с 1770-х гг., антибиотики (заплесневелый хлеб) и болеутоляющие (морфин) – с незапамятных времен, задолго до того, как мы поняли, как они действуют.

Мембранные рецепторы

Историю рецепторов, и рецепторов запаха в частности, стоит начать с вопроса, который впервые возник в 1950-е: как работает адреналин? Адреналин, как всем известно, дает указание организму приготовиться к действиям и, среди прочего, следит за тем, чтобы в организме было достаточно сахара, чтобы адекватно функционировать. Подобно кислороду и воде, сахар полезен для вас только в узкой полосе действующих параметров. Если предел превышается, вы ужасно себя чувствуете, мочитесь часто днем и ночью, при этом испытывая жажду, со временем может даже наступить слепота и смерть от отказа почек, как случилось с моим дедом в возрасте сорока четырех лет. Если уровень сахара чрезмерно снижается – начинаются эпилептические припадки. Когда выяснилось, что адреналин дает указание клеткам печени (где хранится сахар) выпускать сахар, загадка осталась. Сахар, разумеется, находится внутри клеток печени, но адреналин прикрепляется к их внешней части. Как указание проникает через клеточную мембрану?

Ответ звучит так: мембрана представляет собой маслянистый слой толщиной в две молекулы, напоминая этим мыльный пузырь, только, конечно, устойчивый в воде. Он образует неразрывный покров вокруг каждой клетки. В мембране плавают белки, специально предназначенные для этой цели, т. е. такие, кому нравится всем телом находиться в масле, чтобы голова, руки и ноги при этом находились в водной среде, соответственно, снаружи и внутри клетки. Вот такие белки и работают как рецепторы. Белок-рецептор захватывает руками то, что снаружи, и шевелит ногами, сообщая клетке, что пришло сообщение. Клетка реагирует должным образом: перестает выделять сахар.

Как уже говорилось, все белки, включая, разумеется, рецепторы, представляют собой химические ожерелья из бусинок, свернутые в клубок. Бусинки этого ожерелья бывают двадцати разных цветов, а само ожерелье создается маленьким устройством, которое и само по себе является белком: оно начинает с одного конца и выдавливает одну бусинку за другой. Каждый вид белков имеет свою уникальную последовательность бусинок. Для тех из нас, кто привык, что механизмы собираются из отдельных частей, такой способ создания объектов покажется несколько странным. Словно все детали вашего автомобиля развешены на одной бельевой веревке. Но белки строятся именно таким образом, потому что чертеж для каждого белка записан на химической телеграфной ленте, которая называется рибонуклеиновой кислотой, или РНК, где указаны красный, синий, желтый, белый и остальные шестнадцать цветов. Эта телеграфная лента, в свою очередь, поступает из крупного телеграфного агентства, именуемого геномом. Один ген, один кусок телеграфной ленты, один белок.

Поиск рецепторов

После того как двадцать лет назад выяснилось, что клетки используют указания генов для создания адреналиновых рецепторов, начался поиск других рецепторов. Для этого создавали короткие искусственные участки гена и начинали «вылавливать» соответствующие им участки в геноме. Это удалось, потому что наши гены состоят из двух комплементарных цепочек, поэтому при делении клетки каждая получает одну, после чего выстраивает другую для полного соответствия. Вскоре стало понятно, что части сообщения адреналинового рецептора появляются в телеграфной ленте другого рецептора, словно рецепторы, которые чувствуют адреналин, сообщают клеткам, что надо быстро приступать к действиям. На самом деле, части телеграфной ленты адреналинового рецептора встречаются в самых разнообразных рецепторах, а также в более отдаленно связанных с ними веществах, типа белка родопсина, красного белка, который улавливает свет в сетчатке глаза. Понять родственность объектов можно, сравнивая тексты на кусках телеграфной ленты, которые и представляют собой рецепторы. Как элегантно выразился Мэтт Ридли, эволюция – это игра в испорченный телефон. Каждый раз, когда повторяется текст на телеграфной ленте, в перевод закрадываются ошибки. Как в испорченном телефоне, иногда сообщение от этого становится интереснее или, по крайней мере, более приемлемым для ситуации, в которой оказывается ген. В других случаях искаженные фразы оказываются не полезными, а бессмысленными или даже вредными, и животное умирает или не в состоянии продолжить род.

Сейчас стало легко читать эти генетические телеграфные ленты, и компьютерные программы в состоянии сравнивать их между собой, вычислять, насколько они близки, и восстанавливать, что было в самом начале испорченного телефона. Например, если у вас есть три текста стихотворения, два из которых отличаются на одно слово, а третье – на два, их можно попробовать выстроить в хронологической последовательности, если есть другие подсказки (например, одно находится в примитивном организме, а другое – в современном). Из одних сообщений на телеграфной ленте можно выстроить эволюционное генеалогическое дерево, что удобно, потому что в таком случае не надо мучительно пересчитывать ноги креветки или разглядывать клювы вьюрков – это сделает за вас компьютер. Но серьезная проблема в том, что сообщения на телеграфной ленте не скажут вам, как устраиваются фрагменты белков в отношении друг друга, когда белок уже создан и расщепился. Чтобы представить себе законченный продукт, его нужно измерить, а это не так-то просто; для этого нужно создавать кристаллы самого белка.

Видимость атомов

Кристаллография, вероятно, наименее интуитивная из всех дисциплин, составляющих биологию, и те, кто ей занимается, посвящены в едва ли не самое колдовское знание, востребованное в любой научной области. Это смесь священных эмпирических способов (потереть бороду над блюдцем для начала роста кристаллов – типичный трюк) и глубоких математических теорий. Мой дядя – известный кристаллограф, и грифельная доска в его аскетичном кабинете всегда испещрена тройными интегралами – необычное зрелище для науки о жизни. Если методы трудны для понимания, то результаты сенсационно ясны. Кристаллографы получают, попросту говоря, изображения белков, в которых можно разглядеть атомы.

Мы не можем просто посмотреть на белки в микроскоп, потому что световые волны просто слишком велики, чтобы разглядеть столь мелкие объекты. Представьте, к примеру, что вы смотрите на волны, набегающие на пляж. Трудно допустить, что в море какое-то небольшое надувное устройство может повлиять на их поведение, а вот большое судно способно произвести большой эффект на прибой. Точнее говоря, размер судна должен быть сопоставим с размером волн, чтобы на них подействовать. То же самое относится к свету, и поэтому в микроскоп невозможно увидеть предметы меньше минимальной длины волны видимого спектра, а это примерно 0,5 микрон.

Достаточно короткие длины волн относятся уже к области рентгеновского излучения, но, к сожалению, рентгеновские лучи беспрепятственно проходят сквозь предметы, поэтому они так полезны в медицине. Вот почему нужно использовать кристаллы. Основной принцип кристаллографии понять нетрудно: он называется «дифракция». Представьте себе световые волны, идущие на непрозрачный объект с двумя щелями. Каждая щель становится фокальной точкой для кольцеобразных волн, которые от нее распространяются.

Поскольку конкретная волна, идущая слева, попадает в две щели одновременно, выходящие из щелей волны будут синхронизированы. Посмотрите на узор, который образуют эти волны: если две вершины или две впадины совпадают, они удваиваются; если вершина совпадает с впадиной, они взаимоуничтожаются. И на выходе, так сказать, на пляже, вы видите равномерную структуру: где набегающая волна сменяется затишьем через каждые несколько метров.

Как перейти от этого к белкам? Во-первых, представьте, что эксперимент со щелями проходит в трехмерном, а не в двухмерном пространстве: волны ударяются в карточку, в которой равномерно просверлены отверстия, и вы фиксируете узор волн на карточке-мишени, параллельной первой и расположенной от нее на некотором расстоянии. Предположим, отверстия все одинакового размера и расположены в форме квадрата. В таком случае на мишени вы получите квадратный узор волн. Интересно то, что чем ближе расположены отверстия на первой карточке, тем больше будет узор на второй. Сближение отверстий эквивалентно отдалению карточки-мишени[48]. А теперь представьте, что эти отверстия не круглые, а более сложной формы, например, в виде буквы G. В таком случае точки на мишени, так называемая «дифракционная картина», будет выглядеть иначе. Появятся другие, более слабые точки, потому что каждая часть буквы G отражает свет независимо и образует узор, соответствующий конкретной G и всем остальным G на карточке.

А теперь представьте, что каждое отверстие на оригинальной карточке заменяется не одной буквой, а целым абзацем текста. Можно сказать иначе: представьте, что оригинальная карточка состоит из множества копий текста абзаца, размером с почтовую марку, расположенных рядом друг с другом. Дифракционная картина в таком случае будет невероятно сложной: каждая буква, каждая часть каждой буквы будет вносить свой вклад в узор волн. Задача кристаллографа, вы не поверите, состоит в том, чтобы прочитать весь абзац текста, начиная с точек. Метод работает, только если вы в состоянии создать 3-D кристаллы белков. Надо медленно удалять воду; высохшие белки внезапно начинают образовывать замечательные большие кристаллы (один миллиметр – вполне достаточно, если кристалл аккуратный и правильной формы). Но белки, которые нас интересуют, а именно рецепторы, являются мембранными белками и не очень охотно образуют 3-D кристаллы, поскольку живут в плоской, почти 2-D среде – в мембране. Поэтому кристаллографам приходится иметь дело с плоскими кристаллами, а это нехорошо. Если продолжать сравнение с абзацем текста, это значит, что вы в состоянии прочитать только заглавные буквы, а все остальные придется угадывать.

Но в этой «угадайке» хорошо то, что вы знаете, какие слова должны быть написаны на телеграфной ленте. Как только вы сможете понять по форме кристалла, каким образом был расщеплен белок, т. е. проследить содержание всей бельевой веревки, то после этого можно уже получить достаточно точную картинку 3-D структуры мембранного рецептора типа адреналина. На самом деле, это неправда: сегодня мы имеем возможность получить точную 3-D картинку белка, имеющего отношение к мембранному рецептору, но сильно отличающегося в деталях, т. е. возникшего на несколько шагов раньше при игре в эволюционный испорченный телефон. И пока это – лучшее, на что способны ученые.

Эволюция как великий слесарь

Как выглядит структура типичного рецептора? Характерной чертой многих из них является то, что бельевые веревки несколько раз проходят через мембрану. Эти трансмембранные (ТМ, поскольку все рецепторы в целом называются 7ТМ-рецепторами) сегменты похожи на стержни, хотя, если присмотреться внимательней, стержни, на самом деле, являются спиралями. Спирали – распространенная структура в белках, и они держатся вместе, потому что бусинки спирали соединяются в последовательных поворотах, таким образом придавая всему сооружению необходимую прочность. Где здесь место адреналину? Это не совсем ясно. Но, по аналогии с другими белками, типа родопсина, считается, что он встраивается в глубину белка. Как он туда попадает? Тоже не очень понятно, но надо помнить, что весь объект несколько шатается из-за теплового движения, и молекула адреналина может найти себе небольшое отверстие, чтобы проскользнуть внутрь и постепенно занять свое законное место.

А что происходит после этого? И это неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно получить точную 3D картину обоих состояний рецептора – состояния «вкл.» и состояния «выкл.». Поскольку нам трудно получить и ту и другую, ситуация не выглядит обнадеживающей. То есть она на самом деле хуже, чем кажется. Как мы скоро увидим, получить картинку рецептора с наличием или отсутствием в нем адреналина – недостаточно. Вспомним аналогию с замком и ключом. Вы хотите понять, как работает замок, и у вас есть две картинки: одна – со вставленным ключом, другая – без него. Это может быть совершенно бесполезно, если замок в обоих случаях закрыт. Нам требуется точная картинка рецептора в положении «вкл.», но у нас ее нет. Насколько точной она должна быть? Трудно сказать. Если активный рецептор вносит небольшие изменения в структуру, тогда у нас проблема. Это имеет смысл, потому что то, что включает его (адреналин, запах и т. п.), очень мало по сравнению с большим белком. Если бы изменения в белке оказались катастрофически велики, то было бы чертовски сложно быстро переключиться, чтобы он был готов принять следующее поступающие сообщение. В режиме ключ-замок поворот ключа в двери поднимает защелку, но не приводит к тому, чтобы вся дверь развалилась на составляющие. Короче говоря, мы толком не знаем, что происходит с рецептором, когда в него вставляется ключ, и имеем лишь косвенное представление о том, что происходит, подбирая к нему различные ключи и наблюдая, как что получается.

Сколько существует типов 7ТМ-рецепторов?[49] Их сотни, и каждый день описываются новые. Их подразделяют на различные семейства, в каждом из которых всего по несколько, за исключением одного – семейства обонятельных рецепторов человека. В этом семействе 347 членов. Довольно много, хотя не так много. Как считалось ранее (более тысячи, большинство из которых оказалось «псевдогенами», неработающими). У меня на стене в кабинете висит их карта; все аккуратно располагаются по порядку один под другим, одна телеграфная лента под другой, чтобы можно было видеть сходства и различия между ними, а также и неизменные участки. Некоторые участки телеграфной ленты, или «последовательности», как их называют, совершенно не затронуты эволюцией, другие участки чрезвычайно вариативны, даже в границах этого класса рецепторов, и еще сильнее отличаются один от другого в разных классах. Биологи любят думать, что все, поддающееся измерению, представляет интерес, поэтому неизменные участки считают необходимыми для функционирования, а изменяемые называют частями, которые прикрепляются ко всем молекулам запаха, а потому тоже важны для функционирования. На самом деле, что-то может быть весьма вариативным и при этом не иметь отношения к функционированию вообще, поскольку в таких случаях эволюционное давление оказалось равным нулю. Это как часовой механизм, в котором множество не функционирующих шестеренок: в таком случае сколько их и сколько у них зубчиков, не имеет значения.

Открытием обонятельных рецепторов мы почти полностью обязаны настойчивости и интуиции одного ученого – Линды Бак. Ее работа, опубликованная в 1991 г., возродила к жизни область изучения запахов, пребывавшую до той поры в состоянии стагнации. Наука в основном и складывается из таких отдельных семян знаний, вырастающих в могущественные деревья. Но окончательное решение, по крайней мере в том, что касается обонятельных рецепторов человека, пришло с реализацией проекта «Геном человека». Мы, или, точнее, человек, обладающий своим набором генов, имеем 347 различных обонятельных рецепторов. Это тут же вызывает очевидно простой вопрос: имеет ли отношение каждый рецептор к одному конкретному запаху?

Представьте молекулы запаха как слова незнакомого языка, а количество рецепторов – соответствующим количеству знаков этого языка. Если это проблема палеографии, то нам по опыту известно, что существуют два противоположных типа нотации. В алфавитной нотации звуки делятся на составляющие элементы (согласные, гласные) и каждому элементу соответствует своя буква. В идеографической нотации каждому слову соответствует свой символ. Если вы знаете, как много объектов-слов нужно людям для функционирующего языка (около тысячи), то следующие действия таковы. Сначала вы собираете все примеры известных текстов на данном языке. Если у вас лишь одна глиняная табличка, лучше подождать, пока раскопают побольше. Затем считаете все различающиеся знаки. Если их меньше пятидесяти – вы понимаете, что это алфавитное письмо. Если их гораздо больше пятисот – это идеографическое письмо. Если их 347 – возникает дилемма, и с такой столкнулись те, кто расшифровывал мертвые языки, типа египетского или майя. Постепенно выяснилось, что оба эти языка являются силлабическими, т. е. такими, в которых каждый символ представляет комбинацию звуков, чаще всего согласного и гласного. Язык амхарик в Эфиопии – еще один интересный и живой пример, в котором 247 прекрасных знаков для комбинаций гласного и согласного.

Алфавит запахов

А как с запахами? Параллель действительно напрашивается. Предположим, нужно распознать всего тысячу запахов. Если вам придется изобретать рецепторы запахов, можно пойти двумя путями. Если тысяча известна и неизменяема, а вам нужна высокая восприимчивость, вы скорее всего создадите тысячу рецепторов, каждый из которых будет оснащен стильным маленьким карманчиком, выкроенным по форме конкретного запаха, как углубления в коробке для шоколадных конфет. В каждый рецептор точно, а, значит, плотно входит молекула одного запаха. После этого можно взять небольшое количество вещества из воздуха и утверждать, что оно там присутствует. Недостатки? Начнем с того, что вся система должна быть невероятно сложной, ведь вам нужно создать тысячу различных проводников, но по стандартам мозга, это не самая сложная проблема. Более серьезный недостаток в том, что (если вы не верите в Главного творца) эволюции потребуется довольно длительный период времени для создания такой системы, потому что эволюционное давление в пользу индивидуумов, которые различают запах не 500, а 501 молекулы из тысячи, будет пренебрежительно малым. Но есть еще более серьезная проблема: вы не можете помешать возникновению новых запахов! Могут появляться какие-то новые фрукты с новым химическим составом, особенно если человечество, как это с ним постоянно случалось, перемещается с одной территории на другую. Появляются новые виды кошек со своим особым запахом, а вы это не замечаете, потому что ваше обоняние, как Ноев ковчег, уже закрыло двери для животных, которые не успели ко времени отправления.

Другой путь – пойти по пути алфавита. Все равно прежде всего нужно рассмотреть тысячу молекул запаха и понять, нет ли у них каких-то общих характеристик. Потом надо выбрать несколько (допустим, двадцать шесть) характеристик таким образом, чтобы у каждого запаха было их как минимум по две, и ни одна пара из тысячи запахов не имела абсолютно одинаковых характеристик. Далее нужно создать рецепторы, которые будут воспринимать каждую из этих характеристик, но игнорировать все остальное, что содержится в молекуле. Затем создадим для них параллельное соединение с мозгом, чтобы каждый рецептор посылал только свой собственный сигнал. Теперь можно понюхать какой-нибудь запах и посмотреть, что получится. Предположим, молекула имеет характеристики Р, О, З и А. Включаются четыре рецептора, и в мозгу вспыхивает слово «РОЗА». Далее допустим небольшой люфт в связи, чтобы даже при приблизительном соответствии рецептор мог послать сигнал, пусть даже ослабленный. Попробуем другое вещество приблизительно с такими же характеристиками, и получим, например, «роЗа» или «РоЗа»: их все равно можно прочитать, если выключить, так сказать, различие в регистре (между строчными и прописными буквами)

Теперь у вас получилась система, которая будет распознавать множество запахов. Даже если ограничиться четырехбуквенными словами, т. е. только комбинациями молекул, имеющими любые четыре из двадцати шести характеристик, то сумма их составит 358 800. Более того, система не будет закрытой. Новые запахи могут появляться при возникновении новых комбинаций этих четырех характеристик, и вы просто будете фиксировать их в мозгу как новое химическое слово. Кажется, все прекрасно, но есть несколько технических проблем. Одна из них – проблема магнита[50]: рецепторы будут слабо удерживать молекулы одним магнитом в каждый конкретный момент, потому что лишь одна ее часть в конкретный момент будет использоваться для связи. Это означает, что вы не сможете различать слабые концентрации. Другая проблема в том, что будет чертовски сложно игнорировать остальную часть молекулы и концентрироваться только на той характеристике, которая интересует рецептор. Чтобы это понять, представьте, что вам нужно вставить детальку в большой пазл, но при этом ваша деталька всегда идет в комплекте еще с несколькими. У вас это может получиться. Только если в пазле есть довольно большое свободное пространство, куда поместится этот комплект. Затем требуется убедиться, что место для недостающей детали находится на краю этого свободного пространства, а эта самая недостающая деталь находится на краю того комплекта любой причудливой конфигурации, который у вас имеется. Но в рецепторах нельзя сделать большое свободное пространство, поскольку о вакууме речь не идет, как нет, судя по всему, и водных карманов. Аромат с существенной характеристикой, выступающей наружу, должен расположиться внутри, как и все прочие, причем его будут толкать со всех сторон все рецепторы, с которыми он соприкасается. Это можно сравнить с переполненным утренним автобусом, в котором все пассажиры вежливые, не обращают внимания на то, что вы целуетесь со своей подружкой, и не норовят в свою очередь целовать вас. Более того, контакт будет возможен, только если вся остальная часть рецептора сделана из тефлона или какого-то другого скользкого материала, а та, которая реагирует на характеристику, липкая. Но каждая часть рецептора будет в такой степени липкой или назойливой, в какой рецептор заинтересован в контакте, поэтому довольно трудно организовать дело так, чтобы на конкретное распознавание не оказывала влияние вся молекула в целом. Однако, как мы скоро увидим, именно на это оказывается способен наш нос.

Это можно сравнить с переполненным утренним автобусом, в котором все пассажиры вежливые, не обращают внимания на то, что вы целуетесь со своей подружкой, и не норовят в свою очередь целовать вас.

Основные запахи

Другое, более тонкое следствие этой системы в том, что поскольку каждый рецептор воспринимает по одной характеристике молекулы одновременно, двадцать шесть характеристик должны быть, по сути, основными запахами, по аналогии с основными цветами. Иными словами, предположим, что выбраны двадцать шесть молекул, каждая с одним характерным запахом. Так же, как три основных цвета, соответствующие трем цветовым рецепторам в сетчатке, комбинируются, чтобы дать нам все цвета, которые мы видим, смешивание основных запахов должно воспроизводить любой аромат.

Предлагалось много кандидатов на основные запахи, причем поиск начался задолго то того, как возникло понимание рецепторов. В 1916 г. философ Ганс Хеннинг предложил геометрическую конструкцию, которую назвал «призмой запахов», в которой выделил шесть основных ароматов: цветочный, гнилостный, фруктовый, пряный, горелый и смолистый.

Неплохо в качестве дескрипторов, но, как со всеми дескрипторами, заметна определенная произвольность выбора. Точные они или нет – неважно, но остается неизбежный факт: если существуют основные запахи, мир должен быть полон обонятельных иллюзий.

Призма запахов Хеннинга

Эти иллюзии должны создаваться таким образом: смешиваем А и Б и получаем запах В, при том, что А, Б и В – отдельные молекулы. Такое в парфюмерии происходит сплошь и рядом: например, смешение нескольких чистых молекул дает поразительное приближение, скажем, к цветочному запаху. Впрочем, такое подобие не считается иллюзией, потому что при анализе запаха цветка обнаруживается, что он содержит составные молекулы, а не просто сумму отдельных молекул. Насколько мне известно, за 150 лет существования синтетической химии и примерно такого же срока существования парфюмерии не появилось ни одной обонятельной иллюзии. Могут возразить, что это не так интересно, как зрительные иллюзии, и что с запахами сложнее разбираться. Но учитывая, как далеко ушла парфюмерия, химия, не говоря уж о кулинарии, все это выглядит весьма странным.

С этим связана другая загадка. Если детекторы воспринимают только ту часть молекулы, которая их интересует, и игнорирует прочие, то в таком случае довольно много молекул должны иметь идентичный запах. Представим, к примеру, что мы обозначим знаком ^ характеристики, которые игнорируются всеми рецепторами. В таком случае молекула, записанная как ^^^Р^ОЗ^^А или Р^^^^О^З^А, должна все равно иметь запах розы. Но – и это, возможно, единственный самый важный эмпирический факт в обонянии – до сих пор не обнаружено ни одной пары молекул с различной структурой, но с идентичным запахом.

Когда говорят, к примеру, о запахе «горького миндаля», говорят о похожести, а не об идентичности. Бензальдегид, нитробензол, синильная кислота, транс-2-гексеналь – все пахнут горьким миндалем, но любой, даже наивный наблюдатель, легко отличит их по запаху, если ему один раз объяснят разницу. Бензальдегид обладает настоящим запахом горького миндаля (он содержится в горьком миндале), в то время как запах нитробензола напоминает смесь амаретто и полироля для обуви. Бензонитрил пахнет как миндаль с металлическим привкусом, а гексеналь – смесью свежескошенной травы и миндаля. Мой опыт общения с запахом HCN невелик, иначе я бы читал главы этой книги на заседании общества спиритистов, но по воспоминаниям это чистый, древесно-миндальный запах, тоже отличающийся от всех других. То же самое относится к другим категориям ароматов – запах каждого мускуса, амбры, дерева и т. п. отличается от имеющих к ним отношение молекул, хотя порой и очень похож. Древесно-амбровые запахи, например, различить очень сложно.

Запах в зеркале

Попробуем суммировать, что у нас получилось. Можно исключить идею идеограммы «один рецептор – один запах», потому что запахов великое множество; только парфюмерные компании создали, наверное, сотни тысяч, а рецепторов всего 347. Алфавитный подход, похоже, тоже не очень годится, потому что в таком случае придется составлять слова-запахи из букв-запахов, а это невозможно. Что остается? В настоящее время наиболее приемлемой формообразующей теорией является слоговое письмо. В научной среде это называется теорией одотопов, или детерминантов, и заключается она в том, что рецепторы воспринимают части молекул большие, чем простые «функциональные группы» из одного-двух атомов, но меньшие, чем целые молекулы. На первый взгляд, теория многообещающая. Во-первых, она учитывает слоговое количество рецепторов (347). Во-вторых, она позволяет объяснить отсутствие обонятельных иллюзий, потому что ситуация оказалась бы намного запутаннее, если бы каждый рецептор распознавал не одну, а сразу несколько букв. Представьте, что вы играете в скрэббл, где буквы склеены по три-четыре штуки вместе!

Так что силлабическая теория выглядит вполне приемлемой даже при том, что мы не представляем, как могут выглядеть отдельные слоги. Но даже если вам покажется, что можно благополучно строить слова слог за слогом, возникает очередной коварный подвох: проблема зеркальных образов молекул. Чтобы понять, в чем дело, посмотрите на две молекулы, изображенные ниже.

Вы никаким образом не сможете развернуть ту, что слева, чтобы она полностью, атом к атому, совпала с той, что справа. То есть правосторонняя молекула – зеркальное отображение левосторонней, и у вас не больше шансов наложить их одну на другую, чем натянуть перчатку с правой руки на левую руку. А теперь посмотрите на модель связывающего участка рецептора для молекулы. Правосторонняя молекула, если ее уложить на этот участок, благополучно устроится в условных цветовых карманах; с левосторонней вам этого сделать не удастся.

Это означает, что как только у вас появляются связывающие участки, имеющие более двух точек соприкосновения, вы сталкиваетесь с проблемой хиральности, т. е. отсутствием симметрии относительно правой и левой руки. Если у вас 347 рецепторов, есть вероятность, что все связывающие участки окажутся хиральными, поскольку все они состоят из хиральных молекул в сложной геометрической конструкции. В силлабической модели, если молекула связывается с двумя рецепторами, например, с РО или ЗА – чтобы получился запах РОЗА, тогда зеркальная молекула АЗОР никак не сможет связаться с этими рецепторами. Она может связаться с ОР и АЗ – но в таком она не должна испускать запах РОЗА. Проблема в том, что все-таки испускает. Уже созданы зеркальные версии многих известных ароматических молекул. Чем они пахнут? По этому поводу уже есть вполне приличная статистика, и согласно ей, обычно они пахнут одинаково (АЗОР = РОЗА), хотя известно много случаев, когда этого не происходит. Эти могут быть подразделены на две категории, которые на время написания этой книги выглядят примерно равными. Одна группа – где характер запаха изменяется (АЗОР ≠ РОЗА), другая – где характер остается прежним, но ослабевает (АЗОР = роза). Вариант АЗОР ≠ РОЗА единственно возможный в силлабической модели, и он в меньшинстве. Большинство свидетельств, иными словами, против признания хиральными, силлабическими точками соприкосновения.

Разумеется, не исключено существование рецепторов для ОР и АЗ, но как мозг понимает, что АЗОР – то же самое, что РОЗА, равно как и другие химические слова? Это все равно что сделать гипсовый слепок с левой руки, разрезать его на куски и надеяться, что они подойдут для правой руки. Я один раз попробовал ради любопытства и, разумеется, ничего не получилось (хотя выглядело симпатично). Должны быть два полных зеркальных набора рецепторов, связанных таким образом, что любая комбинация стимуляций одного комплекта давала такой же эффект, как стимуляция соответствующих рецепторов в зеркальном комплекте.

Этого элементарно добиться, если вы в состоянии создать зеркальный образ рецептора в целом, в котором каждая молекулярная бусинка сплетенного в клубок ожерелья будет заменена ее зеркальным образом. Увы, каждая бусинка в ожерелье тоже имеет право- или левостороннюю ориентацию. Когда вы пойдете в магазин «товаров для здоровья» и заплатите большие деньги за в общем-то бесполезные аминокислоты, обратите внимание на этикетку, где будет написано L-лейцин («L» – left, «левый»; R-лейцина (R – right, «правый») в продаже не бывает, а если бы и был, пользы от него вам было бы еще меньше, чем от «левого», потому что энзимы, которые его используют, имеют хиральные связывающие участки. На самом деле R-лейцин, как все R-аминокислоты, скорее всего будет либо токсичным, либо бесполезным. Аминокислоты – бусинки, из которых состоит рецептор, и мы используем только L-формы. Таким образом, создать точный зеркальный образ участка ОР, соответствующего РО, чрезвычайно сложно, а создание сотен таких участков практически невозможно.

Напротив, в других областях, где действуют рецепторы, как, например, лекарства для борьбы с болезнями, почти всегда возникает ситуация, при которой зеркальная молекула производит эффект, отличный от ее правильного энантиомера, или зеркальной молекулы. Это привело к целому ряду повторных открытий в фармакологии, потому что большинство лекарств продается как почти пятидесятипроцентная смесь зеркальных молекул, что легче для производства, чем одинаковые. В некоторых случаях оказывалось, надо же, что желаемый эффект лекарства возникал от одного энантиомера, а нежелательные побочные – от другого! Надо еще учесть тот факт, что патентное бюро в некоторых случаях позволяет вам получить второй патент на лекарство, если вы решите продавать только один энантиомер – это беспроигрышный рецепт.

Более пристальный взгляд на сравнение лекарств и молекул запахов также показывает тревожные различия, которые вызывают вопрос о самом существовании традиционного механизма «ключ-замок» для запаха. Когда лекарства соединяются с рецепторами, они действуют двояко: либо включают рецептор, либо выключают его. Как это работает? Вернемся к нашей модели магнита и вспомним, что у рецептора есть два состояния: «вкл.» и «выкл.». Под воздействием теплового движения состояние может меняться. Теперь представим лекарство, которое прикрепляется более прочно к состоянию рецептора «выкл.». Если такая молекула прикрепится, рецептору перейти в состояние «вкл.» будет гораздо труднее. Дело в том, что для этого ему придется отбросить молекулу, которая закрепилась очень прочно. Следовательно, рецептор более длительное время будет находиться в выключенном состоянии. И наоборот, молекула, прикрепившаяся к форме «вкл.», будет его дольше удерживать во включенном состоянии. Лекарства, тяготеющие к выключению рецептора, называются антагонистами, имеющие сродство с ним (тяготеющие к включению), – агонистами.

Нам всем известно, как действуют антагонисты. Когда дантист подходит к вам с такой тоненькой иголочкой и делает в десну инъекцию бесцветного раствора, вся полость рта немеет часа на три: он вводит вам молекулы (ксилокаин), которые препятствуют раскрытию натриевых каналов (похожих на рецепторы молекул в нервах). Если вы испытываете сильные боли, вам дадут морфин – агонист опиоидных рецепторов. Если вам дадут слишком много морфина и вы забудете, что надо дышать, то вам дадут налоксон – антагонист опиоидных рецепторов, который прикрепляется к рецепторам и не дает им включаться. То же самое с кодеином, который прикрепляется к рецепторам, вызывающим кашель. То же самое с бета-блокираторами, которые вы принимаете перед экзаменом, чтобы ваша энергетическая установка не пошла вразнос из-за стресса. То же самое с атропином, от которого расширяются зрачки (антагонист ацетилхолина), и так далее.

Смысл разговора об агонистах и антагонистах в том, что это – сходные молекулы с различным эффектом. Похожи они потому, что между структурами рецептора «вкл.» и «выкл.» очень небольшая разница. Как Роджер Мур, поднимающий бровь, показывая высшую степень удовлетворения, рецепторы в активном состоянии едва шевелятся. Связывающие участки для лекарств тоже едва шевелятся, переходя из одного состояния в другое, вследствие чего лекарства, которые крепятся исключительно или предпочтительно к тому или другому, по форме будут похожи. Искусство медицинской химии и состоит в подгонке точной формы молекулы к тому или иному состоянию. Долгое время это делалось эмпирически, но сейчас, по мере того как наши представления о рецепторах углубляются, для создания новых лекарств используются рациональные методы. Классический пример создания пары «вкл-выкл», полученный эмпирическим путем, – агонист бета-адренергических рецепторов изопротеренол (слева) и его антагонист дихлоропроизводный DCI (справа). На иллюстрациях конструкция атомов не показана, вы видите только оболочку молекулы, мягкое облако электронов, которые окружают ее. Деталь впереди, которая выглядит как несъедобная тыква – бензольное кольцо. У молекулы слева оно содержит два ОН в положении на четыре и шесть часов, а у молекулы справа два ОН заменены двумя атомами хлора. Поразительно (как и во многих других случаях), сколь небольшое различие в структуре существует между сильным «вкл.» и сильным «выкл.» препаратами. Имейте в виду, что при таком масштабе изображения рецептор должен быть размером со страницу.

Теперь к запахам. Так же, как в фармацевтике, исследования в химии запахов сосредоточены на создании практически бесконечных вариаций на молекулярном уровне. Например, скелет бета-сантанола тысячи раз подвергался химической хирургической операции в поисках более качественного, более сладкого, более сливочного, более сильного аромата сандала. Химики посвятили этому сотни человеко-лет, и десятки их самых лучших достижений продаются как сырье для парфюмерии, создающей сандаловые ароматы. Но за все это время не был найден ни один антагонист сандала! Иными словами, ни одному химику не попалась молекула, которая, во-первых, выглядела бы как сандал, во-вторых, не имела или почти не имела собственного запаха и, в-третьих, не давала возможности ощутить запах других сандаловых молекул. Кстати сказать, это справедливо для всех категорий запахов. За сто пятьдесят лет существования химии ароматов не появился ни один блокиратор обонятельных рецепторов! И нельзя сказать, что это никого не интересовало. Представьте, что появился контрагент зловония, т. е. то, что делает вас нечувствительным, скажем, к индолу, содержащемуся в фекалиях. Получился бы очень востребованный продукт. Но вместо этого мы продолжаем сидеть на толчке, разглядывая этикетку на банке спрея с буколическими альпийскими пейзажами или шикарными цветами. Если распылить содержимое, оно подействует как лак на живопись: не уничтожит, а лишь залакирует существующее.

Несколько странных подсказок

Есть мнение[51], и я с ним согласен, что теории определяют факты не больше, чем все остальное. Ни в одной области это не справедливо более, чем в области отношений между структурой и запахом: здесь все знание – случайно. Случайные факты обладают скользким, желеобразным свойством, и необходима теория, которая могла бы сгустить эту субстанцию в твердые, надежные факты. Термин «случайный» в научных кругах часто используется в пренебрежительном смысле и является синонимом ненадежности. На практике это часто означает «отдельный», «частный» и потому не поддающийся оценке. Представьте новую область науки как большой пазл. Его фрагменты открываются постепенно, и поначалу непонятно, в какую картинку они могут сложиться. И явления могут долгое время, порой десятилетиями, казаться бесперспективными. Но если вы в состоянии пережить ощущение собственной тупости и унижения от постоянных ошибок, случайные факты могут стать для вас зовом природы, надежнейшим признаком новых открытий. Колумб поднял паруса, основываясь на случайных фактах. Письменность майя была расшифрована благодаря случайным фактам. Спасающие жизнь лекарственные средства на основе растений, такие как аспирин и дигиталис, были найдены учеными, которые обращали внимание на случайные факты.

Научные проблемы обычно проходят через три стадии. На первой стадии несколько смелых ученых открывают новую землю и делают ее приблизительное описание. На второй стадии туда приплывают корабли с учеными-иммигрантами, которые колонизируют землю. На третьей стадии на городских площадях возводят памятники, иногда – первооткрывателям, чаще – способным администраторам, которые проложили автомобильные и железные дороги. Запах, как оказалось, не вписывается в эту схему. На этом конкретном острове научные колонии никогда не процветали. Каждые несколько лет новая группа ученых делает заявление, что расчистила джунгли, но их города постепенно поглощаются растительностью, и они исчезают в зарослях.

В области запахов сложность определяется двумя дополнительными факторами, один из которых очевиден, другой – не очень. Первый – предполагаемая ненадежность в ощущениях запахов, о чем я уже говорил раньше, отчего сильные люди начинают сомневаться в своих носах. Второй заключается в том, что факты, в особенности случайные, долгое время остаются необъясненными, отчего возникает некоторая интеллектуальная апатия, и их просто принимают без должного понимания. Ситуация напоминает один характерный британский мультик, в котором муж с женой сидят в гостиной и видят, как по террасе их дома проходит динозавр. Жена спрашивает: «Что это было?» Муж отвечает: «Не обращай внимания, так бывает». Тот факт, что мы можем обонять функциональные группы, объясняется тем, что «так бывает».

Функциональные группы, как мы уже видели, это специфические структуры из одного или нескольких атомов, которые определяют химическое поведение вещества. Например, тиолы (—SH), нитрилы (—CN) и альдегиды (—C(=O)H). Маленькая черточка означает, что эти группы, разумеется, к чему-то присоединяются, и это «что-то» может быть чем угодно. Примечательно то, что это «что-то» имеет слабое отношение к запаху молекулы. Секрет, особенно для рядового наблюдателя, раскрывается легко: типы запахов называются по химическим группам: сернистые, нитриловые, альдегидные, имеющие отношение, соответственно, к – SH, – CN или – (Н)С=О. Это особенно наглядно в случае с – SH. Все молекулы, входящие в группу – SH, во-первых, сильно пахнущие, а во-вторых, обладают запахом тухлых яиц.

Пару слов о характеристике «запах тухлых яиц», поскольку лишь небольшая часть моих читателей достаточно стара, чтобы его помнить. Яйца в наши дни поступают в магазин со штампами даты выпуска и номера серии, так что испорченные встретить мало шансов. Запах тухлых яиц в наше время можно почувствовать, скорее, придя на восточный базар (фрукт дуриан), или открыв кран газовой плиты (в бытовой газ добавляют небольшое количество – SH, чтобы мы обратили внимание на утечку), а лучше всего – заглянуть в индийскую лавку и попросить kala namak, или «черную соль». Черная соль, вопреки своему названию, имеет розовый цвет; это тип каменной соли, которая поступает прямиком из ада, поскольку очень сильно попахивает Адской кухней, а если точнее – молекулой HSH. Молекула HSH – это повторенная – SH и пахнет в два раза хуже. Положите щепотку kala namak на язык, и вы поймете, что я имею ввиду. В первую очередь, вы обратите внимание, что она напоминает запах сильно переваренного вкрутую яйца. Яйца, даже свежие, норовят разлагаться. Если вы посещали в школе уроки химии, то можете вспомнить атмосферу в классе, когда учитель создавал одно из тех вонючих веществ, которыми славится химия. Однако кулинарный сатанизм kala namak соблазнителен: крошечное количество его в черносмородиновом мороженом, клубничном дайкири, кофе и шоколаде придают им восхитительный вкус, главное, никому не рассказывайте, как вы этого добились.

А что, неужели все соединения с – SH пахнут одинаково, т. е. тухлым яйцом? Ничего подобного! Запах у них может быть самый разнообразный – от грейпфрута, черной смородины до чеснока, но у всех остается сернистый (т. е. адский) характер. Соединение, имеющее грейпфрутовый запах, особенно показательно: оно называется пинентиол. Тиол означает – SH, стало быть, пинентиол – это пинен-SH, или

Если удалить – SH, остальная молекула (пинен) пахнет как сосновые иголки, как и должна, поскольку пинен – основной компонент терпентинового масла, которое извлекают из сосновой хвои. Если вернуть – SH обратно, то, уже зная запах пинена и познакомившись с запахом kala namak, вы сможете четко почувствовать запах составляющих молекулы, т. е. ощутить и запах сосновой хвои, и серы. Понюхайте несколько секунд очень сильное сернистое соединение H₃C-SH, или метантиол (дольше нос, к счастью, не выдержит кошмарного запаха – SH), а потом вернитесь к пинен—SH. Сюрприз! Сернистая нота почти исчезла, и молекула имеет запах пинен—SH, или даже пинен tout court. Это означает, что запах этой молекулы представляет собой сумму запахов ее составляющих. Иными словами, – SH является основным, а все остальные – нет. Но как это работает? Как нам узнать, из каких частей он состоит? Это, как мы увидим далее, одна из величайших загадок запаха. Поиски ответа заведут нас очень и очень далеко.

альдегид, нитрит

Но давайте сначала убедимся, что этот эффект «суммы слагаемых» действительно действует. Можно ли провести эксперимент с другими молекулами? Нам потребуется часть с характерным запахом, предпочтительно не таким неприятным, как – SH, но тем не менее различимым. Возьмем нитриловую группу – CN; она хороша тем, что в химическом соединении она неизменно придает ему характер, лучше всего описываемый как «маслянисто-металлический». Это удачное определение принадлежит великому химику-флейвористу Полю З. Бедукяну, основателю фирмы, которая до сих пор носит его имя. Известно много нитрилов, и вскоре после того, как их стали систематически изучать, кто-то обратил внимание, что они пахнут как соответствующие альдегиды. В химической нотации это выглядит так: —CN пахнет как – C=О(Н). Это свойство стали широко использовать в парфюмерной промышленности, потому что прекрасно пахнущие альдегиды (вспомните «Шанель № 5») химически нестабильны и довольно реактивны, в то время как нитрилы, пусть и с более грубым запахом, очень миролюбивые создания. Например, домашние чистящие средства с лимонным запахом содержат – CN эквивалент самого, пожалуй, известного (по крайней мере, по запаху) альдегида – цитраля. Нитриловый эквивалент называется Agrunitrile^® и имеет, да-да, маслянисто-металлический лимонный запах.

цитраль, лимон

Agrunitrile®, маслянистометаллический лимон

Примечательно, что такой трюк можно провернуть со многими альдегидами и получить маслянисто-металлический огурец и маслянисто-металлический тмин. Повторю: запах этой молекулы – сумма ее составляющих.

Почему это так интересно? Давайте на минутку вернемся к – SH. Если посмотреть на периодическую таблицу химических элементов, вы обнаружите, что S (сера) располагается непосредственно под O (кислород). Это означает, на внешней орбите у них одинаковое количество электронов, а поскольку химия, по существу, занимается изучением брачного поведения электронов на внешней орбите, у этих двух элементов должно быть нечто общее. Так оно и есть: например, существует – ОН версия каждой тиоловой (—SH) группы. Группы – ОН известны как спирты. Этиловый спирт CH₃CH₂-OH – то, что может вас опьянить, а CH₃-OH – то, от чего слепнут и умирают неопытные самогонщики. Читатель по собственному опыту может знать, что этиловый спирт (водка высокого качества) никогда, и на самом деле никогда и не должен иметь запаха тухлых яиц. Кстати сказать, ни один спирт не пахнет тухлыми яйцами. Чтобы всем было понятно: мы всегда в состоянии отличить спирты от тиолов в любой концентрации. Но здесь есть один камень преткновения: по форме они различаются гораздо меньше, в если точнее – очень похожи.

Взгляните на модели молекул пинентиола (адский грейпфрут), вверху, и пиненола (сосновая хвоя), внизу. Они идентичны, хотя имеют различные функциональные группы.

Атомы O и S в этих молекулах явно выступают в роли магнитов, потому что остальные – всего лишь скользкие маленькие СН группы, которые предпочитают ни с чем не связываться. Если наша магнитная модель молекулярного распознавания верна, и допуская, что все вокруг постоянно вертится, как мы можем быть уверены, что не ошибаемся, принимая чуть более крупный атом S за более мелкий O, и наоборот? Представьте, что вы определяете на ощупь две эти молекулы в полотняном мешке. Точно определить, где S, а где О, очень сложно, если у вас нет под рукой какого-нибудь специального микрометра. Но не забывайте, в этом бесконечно подвижном микрокосме даже микрометры из-за тепла будут постоянно колебаться на величину, сопоставимую с различием в размерах между S и O. Тем не менее нос «руками» рецептора безошибочно различит их на ощупь по внешнему электронному слою, безымянному комку электронов.

Но предположим, что наши рецепторы способны каким-то образом достоверно определить эту небольшую разницу в размерах. Тогда к этой альдегидно-нитрильной паре возникает встречный вопрос: почему они пахнут так одинаково? В конце концов, судя по поведению магнитов, они больше отличаются друг от друга, чем SH и OH!

Причем это явление не ограничивается этими двумя группами. На самом деле человеческий нос с идеальной точностью может определить самые разные химические группы, например, такие как оксимы (-NOH), нитросоединения (-NO₂), изонитрилы (-NC) и фосфины (-PH₂). Первым, кто указал на этот хорошо известный факт (оксюморон, но в науке не редкий случай), был ученый по фамилии Клоппинг, но его блестящая статья 1971 г. не произвела особого впечатления на специалистов. Клоппинг показал, грубо говоря, что чем больше молекула и чем больше химических групп (магнитов) она имеет для молекулярного распознавания, тем более точной должна быть их молекулярная идентификация и, следовательно, более характерный, индивидуальный запах. В этом смысле можно сказать, что самые надежные ключи – самые сложные, и это будет правдой. И, разумеется, наоборот: мелкие молекулы, из которых состоят газы типа HCN, H₂S и NH₃ и у которых имеется лишь по одному магниту, подобны ключам от буфета, которые можно заменить обычной скрепкой. Они могут полагаться только на единственный вариант распознавания и должны иметь одинаковый запах при любой степени концентрации. Но, конечно, это не так. У молекулы HCN характерный запах горького миндаля, а не тухлого яйца, аммиак пахнет гнилой рыбой и т. д. Клоппинг предположил, что в его гипотезе кроется какая-то ошибка, но конкретизировать ее не смог.

Малкольм Дайсон

Дайсон родился в XX веке, достаточно рано, чтобы успеть принять участие в Первой мировой войне и пережить газовую атаку, которая навсегда подорвала его здоровье. Но даже в ослабленном состоянии он работал по восемнадцать часов в сутки и в возрасте далеко за шестьдесят гонял в хвост и гриву большую команду талантливых молодых ученых. После мировой войны он разработал методику синтеза тиофосгена, который затем использовал для синтеза того, что в то время называлось «горчичными маслами», а в наши дни известно под названием изотиоцианаты, т. е. химические соединения, содержащие функциональную группу – N=C=S. Видимо, не случайно тиофосген и горчичные масла – близкие родственники фосгена и горчичного газа, воздействие которых Дайсон мог ощутить на себе в окопах Первой мировой. В то страшное время, возможно, у него сформировался и интерес к запахам, поскольку только нос в состоянии предупредить несчастного солдата, что настал его смертный час. Этим объясняется, в частности, и то, что, не считая учебников по химии парфюмерного производства, учебные курсы по боевым газам – единственные химические тексты, в которых дается систематическое описание запахов[52].

На чем бы ни строился интерес Дайсона к этим странным соединениям, он разработал методы синтеза многих изомеров хлорфениловых горчичных масел. При этом процессе атомы хлора втыкаются во все возможные позиции, которые допускает бензольное кольцо; процесс довольно утомительный, поскольку он повторял это с более тяжелыми родственниками хлора, расположенными на один-два этажа ниже в периодической таблице, с бромом и йодом. Ни одному из этих веществ не суждено было стать ароматом или вкусом, поэтому исследование Дайсона[53] находится в относительно узкой области химии, имеющей дело с пониманием природы запахов, не имеющей коммерческого значения.

Он сделал несколько примечательных наблюдений. Когда в молекулу горчицы добавляется один атом хлора, он может оказаться в одной из трех позиций – на два, четыре или шесть часов, если группа – NCS в позиции на полдень (левая колонка на соседней странице). Дайсон выяснил, что соединения с позициями на два и четыре часа похожи на горчицу, а на шесть часов – с оттенком анисового семени. Дайсон выяснил, что при замене хлора его более тяжелыми братьями, бромом и йодом, анисовый запах проявляется ярче. Чем темнее фон, тем сильнее анис.

Анисовый запах дают два из трех соединений с бромом, и все три соединения с йодом. Судя по этой таблице, можно сказать следующее. Во-первых, молекулы почти одинаковой формы могут иметь совершенно разные запахи (первый ряд). Во-вторых, молекулы относительно разной формы могут пахнуть очень похоже (третья колонка), и если добавлять более тяжелые атомы, запах постепенно изменяется от одного типа к другому. Дайсон из своего первого набега в эту область сделал вывод, что здесь могут иметь значение колебания молекул; он неоднократно говорит об «осмических[54] частотах», т. е. о частотах запахов.

Его слова нужно рассматривать в контексте времени. Тогда теоретические представления о запахах были еще весьма смутными, многие имели отношение к воздействию на расстоянии, своего рода к дистанционной коммуникации между пахучим объектом и нашим чувством обоняния. Эти представления к концу 1920-х гг. еще окончательно не рассеялись. Дайсон в своих ранних статьях неоднократно возвращался к мысли о том, что запах возникает из необходимости испарения субстанции и, следовательно, обусловлен его молекулами, попадающими нам в нос. О колебаниях молекул тогда уже было известно, но измерить их не представлялось возможным. Так что основной причиной его внимания к колебаниям была, скорее, эстетическая: «если полагать, что восприятие запаха происходит вследствие внутренних колебаний соответствующих молекул, то возникает очень логичная параллель между зрением, слухом и обонянием». Конечно, это не научное объяснение, но ему нельзя отказать в метафизической элегантности. Притягательность таких концепций сильнее, чем кажется. Физики в особенности ценят «простоту» и «красоту» своих теорий. В биологии, напротив, есть множество примеров того, что можно охарактеризовать только как «хитрые штучки», и такой тип доказательств распространен гораздо меньше.

В другой статье 1928 г. Дайсон вновь обратился к теории колебаний; он целых две страницы объясняет парфюмерным химикам, что запах не может быть ни действием на расстоянии, ни химической реакцией пахучего вещества с клетками в носу. Первая мысль объясняется тем, что только объекты, способные к испарению, имеют запах, а вторая – тем, что молекулы типа парафинов (цепочки групп – CH₂ с верхушками из – CH₃) действительно имеют запах, а в остальном химически инертны. В ироничном извинении, которое сближает его со всеми, кому доводилось выдвигать новые научные идеи, он так говорит о своей теории колебаний: «Конечно, можно сказать, что это тоже умозрительная идея, но в целом гипотезы, основанные на известных явлениях, предпочтительнее тех, что порождены исключительно фантазией». Вскоре он, как и Ружичка, синтезировал полную серию макроциклических мускусов от шести до двадцати атомов углерода и сообщил, что только кольца с четырнадцатью и пятнадцатью атомами углерода обладают запахом мускуса. Это очень гибкие молекулы примерно одинаковой формы и с довольно различными запахами. В течение последующих трех лет Дайсон завершил изучение горчичных масел, опубликовав много статей с одинаковым названием и последовательной нумерацией, что было вполне характерно для тех времен, когда темп развития научной жизни не был таким безумным, как ныне.

Его главная идея

Затем наступает шестилетняя пауза, после которой Дайсон вновь врывается в научную жизнь через свой проверенный рупор The Perfumery and Essential Oil Record, где публикует статью, триумфально озаглавленную «Эффект Рамана и понятие запаха». Даже размер и бросающаяся в глаза гарнитура шрифта для заголовка придавали этой публикации характер газетной новости на первой полосе. Чтобы понять его возбужденное состояние, нужно вернуться немного назад, к революции в химии, которая произошла в предыдущие годы. В 1921 г. индийский физик Чандрасекхара В. Раман совершил длительное путешествие по Европе. Через семнадцать лет в Нобелевской лекции он вспомнил об этом: «Путешествие в Европу летом 1921 года дало мне первую возможность наблюдать чудесную переливающуюся синеву Средиземного моря». Это звучит как обещающее начало романтического воспоминания. Однако интеллект Рамана смыкается как стальной капкан над столь фривольными мыслями: «Представилось вполне вероятным, что этот феномен своим происхождением обязан рассеянию солнечного света молекулами воды». В сентябре Раман вернулся в Калькутту и приступил к систематическому изучению этого явления. Однако, как часто бывает в исследованиях, «вскоре стало очевидно <…>, что тема оказывается гораздо шире, чем та цель, ради которой и предпринималась работа». Этой теме Раман посвятил всю свою научную жизнь.

В Нобелевской речи Раман всячески стремился отдать должное своим коллегам. Одному из них, Венкатесварану, и принадлежит важнейшее наблюдение: когда в качестве жидкости был использован глицерин, а не вода, опалесценция приобрела ярко зеленый цвет, хотя падающий свет был синим. Иными словами, свет не просто рассеивается в растворе – как слабый раствор молока в воде, которое не меняет цвет. Раману и его коллегам нужен был более интенсивный источник света, чтобы наблюдать рассеянный свет, поэтому они построили специальный телескоп семи дюймов в диаметре. Этот инструмент они использовали так, как ни в коем случае не рекомендуют его использовать новичкам, а именно направляли на Солнце. Но он помог им сделать открытие: оказывается, рассеянный свет «следует» за цветом падающего света, но всегда на некотором расстоянии, как хористы ведут мелодическую партию на большую терцию ниже солиста. Раман с коллегами быстро выяснил, что интервал между ними варьируется в соответствии с субстанцией и, таким образом, должен быть свойством самой субстанции, а не падающего солнечного света. Затем они воспользовались недавно изобретенной ртутной лампой, которая, в отличие от раскаленных тел (типа Солнца), излучающих в широком диапазоне частот, испускает свет строго определенной длины волны[55]. И увидели нечто поразительное.

Когда им удалось сфотографировать первые спектры рассеянного света, они увидели, что он состоит из различных «линий», и что положение и интенсивность каждой линии зависит от используемой жидкости. Более того, линии всегда делали то, что и полагается делать опалесценции, а именно – звучали в фиксированной гармонии с падающим светом. Раман вскоре понял, что это значит: каждая линия – это колебание молекулы. До той поры молекулы изображались так, словно связи, соединяющие атомы, жесткие. Однако электронные связи, которые удерживают молекулы, совсем иного рода. Если попробовать оттянуть один атом и отпустить, он совершит несколько вибрирующих колебаний, прежде чем займет первоначальное положение. На самом деле, он ведет себя как эластичная пружина. Диапазон колебаний зависит от пружины и атома. Чем жестче пружина и чем легче атом, тем выше пик. Вес атомов определяется их положением в периодической таблице, а жесткость пружины зависит от силы связи между парами атомов, которая их соединяет – и в меньшей степени от всего окружающего. Можно научиться понимать, какого рода колебания совершают различные пары атомов, когда их дергают. Затем можно попросить кого-нибудь в соседней комнате подергать различные атомы в модели молекулы, чтобы вы этого не видели. Если получится идеальный пик, вы будет знать, какая пара атомов его совершила.

Молекулярные аккорды

Каждое колебание молекулы дает свою линию в Рамановском спектре. Самое главное здесь вот что: каждое химическое соединение определяется набором атомов, связанных друг с другом. Молекулярные колебания – как танцевальные движения: в некоторых задействована только часть молекулы (вспомните движения головой в индийских танцах), другие вызывают гибкие движения всей молекулы (вспомните нескромные 1970-е). Если сложить все различные виды колебаний, которые испытывает молекула, окажется, что они находятся в простом соотношении с количеством ее атомов. Молекула с N атомами имеет 3N способа движений: типичная молекула запаха, скажем, с двадцатью атомами будет способна совершать шестьдесят танцевальных па, или колебательных движений. Спектр колебаний подобен клавиатуре, где нижняя половина (1970-е) занята колебаниями, в которых принимают участие большинство атомов молекулы. Верхняя половина (индийский танец) – это то, где располагаются все характерные черты химических групп. Разумно предположить, что точный перечень колебаний будет зависеть от точной структуры молекулы. По определению, форма соединенных атомов уникальна. Следовательно, не стоит удивляться, что форма колебаний тоже уникальна. На самом деле, это справедливо до такой степени, что точные измерения молекулярных колебаний дают, так сказать, «отпечаток пальца» молекулы. Если вы видели его раньше и знаете структуру, вы можете моментально ее идентифицировать. Для уточнений и сравнений существуют библиотеки с тысячами записей спектров. Кстати сказать, если по структуре можно определить характер колебаний, то обратную задачу решить невозможно: нельзя по характеру колебаний определить структуру.

Нос может служить настоящим спектроскопом.

Когда Дайсон ознакомился с работой Рамана, он сразу же увидел ее прямую связь с запахами: мы можем определить химические группы, для этого нужен спектроскоп. Следовательно, если форма не является надежным предсказателем запаха (вспомните его опыты с горчицами несколькими годами ранее), то нос может служить настоящим спектроскопом. Далее на семи увлекательнейших страницах Дайсон настолько далеко вырвался вперед, что наука о запахах до сих пор его догоняет. Вот суть того, что он продемонстрировал. В своей характерной манере Дайсон пишет: «Давайте проведем расследование на простом случае – выберем некую группу веществ с однозначно характерным запахом, которые отличается от подавляющего большинства <…> Я выбрал меркаптаны (-SH) как наиболее подходящие; как только их сильный и устойчивый запах фиксируется, он создает самое яркое впечатление, и большинство химиков способны распознать его снова <…>. Есть ли какая-то соответствующая характерная черта в спектре Рамана? Ответ таков: в спектре Рамана существует бесспорно уникальная характеристика всех алкилмеркаптанов, линия <…> с частотой 2567–2580. Ни одно другое соединение не имеет подобной линии» (курсив мой).

Запах ракетного топлива утром

Большинство из сказанного им верно: SH соединения действительно обладают характерным и запоминающимся вонючим запахом, с которым ничто другое не сравнится. Однако последнее утверждение ошибочно. На самом деле есть еще один тип соединений с такого рода колебаниями: единственная ковалентная связь в природе, волновое число колебаний которой находится в пределах 2500. Это бороводородная связь, В-Н, а соединения, в которых она присутствует, называются боранами. Если бы Дайсон об этом знал, он бы оказался в шаге от важнейшего свидетельства в поддержку своей теории, настоящего Розеттского камня запахов. Представьте: если идея колебаний верна, то бораны должны иметь запах серы. Однозначно. Так ли это?

Френсис Джонс (см. на соседней странице) был первым, кто создал и осмелился понюхать боран. Это было в 1878 г. Он обнаружил, что боран имеет «неприятный[56] запах», который, как мы сейчас знаем, характерен для всех таких соединений.

Летучие, легко воспламеняющиеся, с неприятным запахом, высокотоксичные бораны, безусловно, требуют особого обращения. Технику удержания этих яростных зверей на приемлемо длинном поводке разработал в начале XX века Альфред Шток. Его великое изобретение представляло собой вакуумную трубку, а точнее, ряд сосудов, соединенных стеклянными трубками, разделенными в нужных местах задвижками. Из сосудов выкачивался воздух. В состоянии, близком к вакууму, газы перемещаются очень быстро, и бораны можно было перегонять из одной части вакуумной трубки в другую, просто охлаждая ту часть, где боран должен был конденсироваться, закрывать задвижку на другом конце и нагревать участок заново. С помощью такого устройства Шток смог должным образом изучать бораны. Коллега-химик так отозвался о его работе: «Все заявления, сделанные по поводу боранов до 1912 года, когда с ними начал работать Шток, являются неверными». То есть все, за исключением запаха. В 1912 г. в журнале Германского химического общества Berichte Шток опубликовал большую статью, свою первую работу на эту тему. Он берет В₄Н₁₀ и описывает его как «бесцветный газ с характерным, отталкивающим запахом, притом, что в очень разбавленном состоянии напоминает запах шоколада».

Шоколадная тема, как мы вскоре увидим, имела непредвиденные последствия. Через несколько страниц Шток становится более конкретен. Он описывает запах другого борана, В₆Н₁₂, как «чрезвычайно отталкивающий, похожий на В₄Н₁₀, но чем-то напоминающий сероводород». Это – недостающее звено, которое было нужно Дайсону. Совершенно различная форма, никаких общих химических свойств, но та же самая схема колебаний – и, видит бог, тот же запах!

Сообщение в Chemical News от 29 ноября 1878 г. об открытии первого борана. Обратите внимание, что Джонс с самого начала сообщает о «неприятном запахе» бороводорода. В более поздней статье он характеризует запах как «крайне неприятный» и констатирует, что он «при вдыхании даже в умеренных количествах вызывает тошноту и головную боль». Действительно, все бораны очень токсичны. Примечательно зеленое пламя борана, его можно видеть при запуске двигателей Lockheed SR-71, у которых нет стартера, и им для начала работы требуется небольшая порция бороводородного топлива. Это подчеркивает еще одно неприятное свойство боранов – их тенденцию к самовозгоранию. Странный колонтитул на странице имеет отношение к статье, опубликованной ниже, в которой двое ученых предвосхищают будущую науку «движущихся цветов и форм», которая составит конкуренцию танцам в своей привлекательности; возможно, это предчувствие концертов группы Grateful Dead.

Но в 1912 г. еще никому не было известно о колебаниях В-Н связей. Более того, со временем химики перестали нюхать смертельные бораны. Насколько я знаю, описание Штоком запаха В₄Н₁₀ в растворе как «шоколадного» может быть правдой, но ленивый химик с холодной головой беспечно свяжет его с другой молекулой, декабораном (В₁₀Н₁₄). Это единственный твердый боран, который может получить любой даже без использования вакуумной трубки, и единственный, который не способен к самовозгоранию. Это белое кристаллическое вещество с сильным, сладковатым запахом вареного лука, иными словами, с запахом – SH. Но ученые неохотно допускают, чтобы элементарные факты мешали давно устоявшемуся мнению, и по сей день декаборан во всех базах данных опасных веществ описывается как имеющий «интенсивный, горький, напоминающий шоколад запах». Эта единственная ошибка, вероятно, отбросила теорию колебаний на три десятилетия назад. В конце 1930-х гг. был отмечен существенный прогресс в оптических и инфракрасных детекторах, и в 1941 г. Ститт занялся колебаниями боранов с использованием инфракрасного поглощения.

В то время это была новая методика, принципиально отличающаяся от метода Рамана, и более точная. В отличие от интенсивного света в видимом спектре, инфракрасное излучение находится в диапазоне частот, вызывающих свечение образца, поглощающего свет, если его колебания совпадают с соответствующими частотами. Как это работает? Благодаря явлению, знакомому нам как резонанс.

Вот простой эксперимент, который можно провести с использованием пианино. Откройте крышку пианино, встаньте рядом и нажмите ногой правую педаль. Это освобождает все струны. Затем пропойте любую ноту – недолго, но громко, после чего прислушайтесь. Пианино подхватит вашу ноту, потому что звуковые волны из вашей гортани приведут в действие струны, которые соответствуют высоте взятой вами ноты. То же самое – с колебаниями атомов, только в этом случае используется свет.

Когда спектры боранов опубликовали для всеобщего сведения, оказалось, что интенсивность колебаний В-Н связи чуть выше[57] 2500 см^-1 врезается в середину S-H диапазона…

Но при первой из множества упущенных возможностей, сопровождающих эту историю, Дайсон не смог установить связь, впрочем, как и никто другой вплоть до 1995 г., когда, открывая сходство колебаний, я не проверил запахи боранов. Но об этом позже. Дайсон, лишенный, так сказать, важнейшей улики, переключился на другие интересные соответствия между химическим группами, такими, как С=О и ацетиленов – углеводородов с тройной связью. Рамановская спектроскопия еще была молода, некоторые его предположения о частотах ошибочны, но ему удалось составить таблицу для верхней части вибрационной клавиатуры, которая до сих пор в основном верна.

Какова была реакция современников? Примечательно, но у нас есть несколько непосредственных печатных откликов на дискуссию, последовавшую за презентацией в Обществе химической промышленности в 1938 г. Сам Дайсон присутствовать не смог, и его доклад был прочитан другим. Доклад во многом основан на его предыдущих статьях и имеет громкое название «Научная основа запаха». К этому времени Дайсон был сотрудником колледжа Лафборо, заведения, которое служило ему домом до выхода на пенсию. После чтения доклада развернулась дискуссия, которая была частично записана, а текст отправлен Дайсону для ответов. В частности, выступивший д-р Фокс заявил, что запах не имеет никакого отношения к колебаниям, поскольку у алмаза, например, колебания есть, а запаха нет. Другие присутствовавшие возражали д-ру Фоксу, обратив внимание на то, что алмаз не испаряется. Д-р Перси Мэй отметил, что это был «интересный и поучительный доклад» и что он «давно чувствует, что следует уделять больше внимания осмике, которой пренебрегают по сравнению с оптикой и акустикой». Иными словами, положительно, но прохладно. Впрочем, между строк можно заметить, что некоторая привлекательность теории Дайсона заключалась в философском объединении цвета, звука и молекулярных колебаний. Доклад стал последней работой Дайсона по этой теме.

Роберт Г. Райт

На фронте молекулярных колебаний наступила тишина до 1954 г., когда теория внезапно ожила под новым руководством со стороны канадского химика Роберта Г. Райта. В предыдущие годы существенные достижения были связаны с теорией «ключа-замка». Во-первых, благодаря рентгенокристаллографии появилось множество новых сведений о форме молекул. Во-вторых, после появления в 1946 г. статьи Лайнуса Полинга[58], в научном обществе образовался консенсус относительно того, что форма молекул влияет на молекулярное взаимодействие, и что распознавание молекул запаха лишь одна проблема из многих. В 1949 г. в журнале American Perfumer появилась влиятельная и авторитетная статья Р.У. Монкриффа под названием «Что такое запах: новая теория». Его идея заключалась в том, что форма молекулы отвечает за ее запах. Полинг и Монкрифф были известными химиками, а Монкрифф, в частности, имел большой опыт в химии запахов. Его слова о том, что форма должна быть ответственна за запах, прозвучали очень весомо и оказали большое влияние на других химиков, в частности, Битса, который провел фундаментальную работу по мускусам и опубликовал много теоретических статей, связанных с формой молекул.

Другой новой фигурой в этой области стал британский химик Джон Эмур, который жил и работал в США. Он разработал основные принципы подхода к этой проблеме. Он предположил, что существует ограниченное количество рецепторов, связанных с формой, что все запахи должны быть основаны на комбинации более или менее прочных связей с несколькими рецепторами, и что характер связей определяет запах. По существу, комплект основных рецепторов эквивалентен комплекту «основных запахов», подобно тому, как из комплекта основных цветов можно создать любой цвет. Эмур попытался идентифицировать эти основные запахи весьма оригинальным способом. Он просмотрел множество литературы в выявлении слов, используемых для описания запахов, и выстроил их в ряд по убывающей частотности употребления. Перечень, который он составил, приводится ниже. Идея Эмура заключалась в том, что запахи, которые подходят к одному рецептору, скорее всего, более распространены, чем запахи, подходящие к двум или трем, следовательно, самые распространенные дескрипторы и должны соответствовать основным запахам. Эмур выбрал первые семь в качестве основных[59].

Главным достоинством такого подхода, в ретроспективе, видится отсутствие альтернативы. Дескрипторы сами по себе, как признавался Эмур, крайне произвольны. Отчасти проблема связана с базой данных. Обратитесь к химику, специалисту по сере, и тут же чеснок наберет минимум 50 %. Спросите парфюмерного химика, и «гнилостный» практически не возникнет. «Гнилостный» относится к соединениям, появляющимся в результате гниения, преимущественно к сульфидам и аминам и, следовательно, должен соответственно быть разделен на «рыбный» и «запах тухлых яиц». Далее. Сейчас мы знаем, что «острый» имеет отношение к ольфакторному эквиваленту боли, стимуляции тройничного нерва и, следовательно, вообще не должен считаться характеристикой запаха. «Цветочный», как мы видели ранее, вообще бессмыслица, потому что у цветов – множество ароматов. Высокий процент «мускусного» предполагает, что Эмур читал много статей по химии ароматов, но в таком случае с такой же частотой должен был попадаться «древесный» и т. д. Несмотря на искренние усилия Эмора[60], его перечень выглядит как знаменитая классификация животных у Борхеса[61]: «животные делятся на а) принадлежащих Императору, б) набальзамированных, в) прирученных, г) сосунков, д) сирен» и т. д. Эмур сделал одно важное предсказание, с которым мы уже сталкивались ранее, и которое появилось не на основании практики.

Должно быть возможно создание любого запаха из комбинации основных, но этого очевидно не происходит. Теория основных запахов Эмура, несомненно, до сих пор снится бухгалтерам, работающим в парфюмерных компаниях, которые с удовольствием сократили бы реестр необходимых материалов с двух тысяч до семи. Одним живучим последствием классификации Эмура является идея связи «структура-запах» для категории камфоры. Эмур предположил наличие полусферической ямки как места рецептора, в которую плотно входят молекулы камфоры и других камфорных запахов, таких, как циклооктан, хлорэтан и нафталин. Это вполне соответствует фактам, известным на то время, но сама идея не получила широкого распространения за пределами «академических» исследований соотношения «структура-запах» и особо не привлекла парфюмерных химиков, для которых камфорные запахи просто не представляют интереса.

Возрождение колебаний

Честно говоря, до 1954 г. теория колебаний тоже не получала дальнейшего развития, и Р.Г. Райту нужно было приложить много усилий, если он хотел ее возродить. Но энергии у него было предостаточно. В общем и целом он был таким ученым и таким наставником, с которым любому хотелось общаться. Райт получил химическое образование в университете Британской Колумбии. Затем он женился и перебрался в Нью-Брансуик, где проработал несколько лет, после чего вернулся в Ванкувер и стал сотрудником BC Research Corporation – институте прикладных исследований. Основные его интересы как химика лежали в области борьбы с вредителями – репелленты от насекомых, приманки и т. п. В связи с этой деятельностью он заинтересовался запахами: насекомых можно привлекать к ловушкам или держать на удалении с помощью соответствующих молекул, которые в целом сейчас называются феромонами. Как и на многих других химиков, связь между формой молекул и их запахом не производила особого впечатления; он прочитал работы Дайсона и подумал, что в этом что-то может быть. Но Дайсон за прошедшие годы получил несколько ударов ниже ватерлинии.

Первый, как мы уже видели, заключался в том, что он ошибся с некоторыми определениями частотности, и критики ухватились за это, чтобы опровергнуть теорию в целом. Впечатляющее предсказание насчет боранов и серы могло бы полностью подтвердить его правоту, но об этом никто не знал. Были те, кто утверждал, что теория ошибочна, поскольку метилнитрил (СН₃-СН) и метилизонитрил (СН₃-NC) имеют «совершенно различные» запахи и довольно сходные колебания (см. таблицу на след. странице). Заявление заслуживает внимания, поскольку иллюстрирует менее чем прочную природу фактов в области обоняния. Наличие нитриловой группы однозначно привносит маслянисто-металлический характер запаха, который большинство людей находит крайне неприятным. Чем меньше молекула, тем более сильный вклад нитриловой группы в общий запах. Единственные колебания, которые имеют значение для постоянства нитрилового характера любой молекулы, это валентные колебания самой СН группы. То же самое относится к изонитрилам, поскольку – NC группа придает характерный запах любой молекуле, в которой находится. Изонитрилы, надо сказать, это нечто! Запах чистого вещества Клоппинг охарактеризовал как «неописуемо мерзкий», и мало кто с ним не согласится. Но самое примечательное в их запахе не столько характер, сколько невероятная интенсивность. И наоборот, в насыщенных растворах изонитрилы приобретают металлический запах, который довольно близок к нитрилу, и готов поспорить, многие их могут перепутать. Второе – колебания. Соответствующие периоды колебаний групп CN и NC различаются максимум на 100 волновых чисел. Кто скажет, что это незначительная разница, если разрешение восприятия нашего носа неизвестно? В конце концов, для спектроскопа это – огромная величина. Думаю, Дайсон мог бы написать по этому поводу небольшую статью, если бы сохранил интерес к данной теме.

Примечательно, но Райт в своей книге «Наука запаха»[62] выдвигает весьма слабые аргументы против этих возражений, и это удивительно с учетом его познаний в химии и физике. Но причина вскоре прояснилась. Дело не в том, что Райт разочаровался в теории колебаний; он просто понял, что Дайсон сделал критическую ошибку в определении диапазона колебаний, который существенен для запаха. Вспомните, Дайсон уделял особое внимание волновым числам в диапазоне между 1400 и 4000. Дело в том, что он считал, во-первых, что запахи функциональных групп (—SH, – CH и др.) должны быть обнаруживаемыми и колебания таких групп находятся в этом диапазоне, а во-вторых, из-за ограниченности возможностей рамановской спектроскопии, которая в то время не могла четко разглядеть объекты, имеющие волновое число менее 1000. Дайсон, иными словами, вообще не заглядывал в этот диапазон. Ему казалось, что теория, исключающая это, должна пожертвовать значительной частью объясняющей силы.

Как это работает

Р.Г. Райт предложил пожертвовать волновыми числами в диапазоне ниже 1000 по причинам, которые в то время выглядели убедительно. Райт пытался опровергнуть другое, гораздо более сильное возражение против теории колебаний вообще: нет никаких мыслимых способов, с помощью которых живой организм может выполнять спектроскопию. Спектроскопия, предназначенная для измерения молекулярных колебаний оптическими способами, должна иметь: а) источник света, б) какое-то устройство (призма, решетка) для разделения падающего света или излучаемого света на световые волны различной длины, и в) детектор. В случае Рамана источник света должен быть видимым и интенсивным. Да, есть живые организмы, которые вырабатывают свет, но не достаточной интенсивности (попробуйте почитать при свете грибов), чтобы получить рамановский спектр. Если использовать новый тип спектроскопии, инфракрасное поглощение, то придется использовать достаточно сильный источник инфракрасного излучения, содержащий широкий диапазон частот. Есть несколько весомых причин, по которым в биологии подобное невозможно. Простейший источник инфракрасного излучения – горячий объект, например, нить накаливания обычной электрической лампочки, испускает больше инфракрасного излучения, чем света в видимом диапазоне. Но горячий объект невозможен в живой системе, потому что он просто сожжет все свое ближайшее окружение. Химический источник инфракрасного излучения, например, как у светлячков, возможен, но использование его крайне затруднительно, поскольку эффективность химического источника света резко падает при увеличении длины волны, а в диапазоне инфракрасного излучения становится близка к нулю[63]. Даже если такое было бы возможно, потребовалось бы несколько низкоэффективных ламп, чтобы охватить весь спектр колебаний.

Источники света – не единственная проблема. Возникает еще вопрос воды. Как известно всем, кто хотя бы бегло читал этикетки на бутылках с французской минеральной водой, 75 % нашего организма состоит из «Эвиана». Проблема в том, что между молекулами воды существуют слабые связи, которые придают воде (на молекулярном уровне) желеобразную консистенцию, которая очень хорошо поглощает инфракрасное излучение. На практике вода в инфракрасном излучении абсолютно черная и поглощает всю энергию, не оставляя ничего для молекул запаха. Можно сказать, что если бы существовал биологический спектроскоп, то он должен был бы быть микроскопического размера, поскольку совать куда-либо нос было бы вполне безопасно, и свету не приходилось бы далеко путешествовать.

Нет, понял Райт, об оптической спектроскопии не может быть и речи. Но в таком случае для определения колебаний остаются только механические способы. Иными словами, рецептор должен на самом деле чувствовать молекулярное шевеление. Но с какой стати им вообще шевелиться? Райт утверждал, что единственным источником энергии должно быть тепловое движение. И вот в этот момент он совершил поворот, который, как я полагаю, обрек его теорию на неудачу. Проблема с тепловым движением в том, что при комнатной температуре или при температуре человеческого тела количество требуемой энергии невелико, с волновым числом порядка 250, что составляет около 10 % энергии группы SH. Можно сказать, что влияние 250 толчков на 2500 колебаний сопоставимо с pianissimo. Это имело бы значение, если бы речь шла не о квантах. В квантовом мире обычно звучат флейты, а не пианино[64]. Если дунуть в флейту (или в горлышко пивной бутылки) очень слабо, звука вы не получите. Только когда вы превысите определенный порог интенсивности выдуваемого воздуха, флейта издаст звук. Если подуть еще сильнее, звук прыгнет на октаву выше. То же самое с броуновским движением: волновое число 250 – эквивалент нежнейшему дуновению ветра, и у него практически нет шансов повлиять на колебания с волновым числом 2 500. Из этого следует, что если нос воспринимает колебания механически, то нас могут интересовать только колебания с волновым числом ниже 1000.

Эта новая мысль, которую Райт высказал в статье 1954 г., радикально изменила всю картину и придала теории колебаний новый, пусть и временный, толчок жизненных сил. Райт полагал, что она делает более правдоподобной существование биологического спектроскопа. Но был еще один аспект. Анализируя корреляцию между спектром и запахом, Райт заявил, что нужно обратить внимание на дальнюю область ИК-диапазона, ту, которую Дайсон не изучал. И тут Райт оказался в весьма необычном положении. Дело в том, что у него был спектроскоп, который работал в этой дальней области диапазона, но в целом такие устройства были в то время большой редкостью. Причину такой редкости он странным образом определил как «грязную подробность»: они стоили €35 000, в пять раз дороже спектроскопов, работавших в ближней области ИК-диапазона. Для 1961 г. это были очень существенные деньги. Таким образом, хорошая новость заключалась в том, что он мог проводить эксперименты, а плохая – в том, что практически никто не мог повторить их. Учитывая то, что к причудливой теории Райта и без того было настороженное отношение, это было серьезным недостатком. Если вы предлагаете нечто действительно особенное, вам лучше позаботиться о том, чтобы другие имели возможность повторить ваш эксперимент. В ином случае, если людям ваша идея не нравится, но они не могут объяснить, почему, они просто не поверят вашим данным. Я говорю об этом, в частности, потому, что сам много лет именно так относился к работе Райта.

Новые проблемы

Поднявшись на одну гору, Райт должен был испытать обескураживающее чувство при виде истинной Джомолунгмы проблем, открывшихся впереди. Первая заключалась в том, что некоторые молекулы, обладающие сильным и характерным запахом, просто не совершали колебаний в этом диапазоне. Причина проста: примерно так, как более короткие планки ксилофона издают более высокие ноты, короткие маленькие молекулы типа H₂S могут совершать только колебания высокой частоты. H₂S имеют только три типа колебаний: два периода S-H, в которых Н движутся либо совместно, либо альтернативно (примерно 2600), и H-S-H «связующее» колебание в районе около 1290. И всё. Никак не ниже 1000. Если бы Райт знал о боранах, он бы понял ошибку в своих действиях. Но он не знал, и смело двинулся дальше. Он называет три таких молекулы: H₂S, HCN и NH₃. Затем он делает специальное заявление, чтобы от них избавиться. Он предполагает, что H₂S подвергается в носу химической реакции, которая превращает ее в более крупную молекулу, т. е. обладающую диапазоном колебаний ниже 1000.

4H₂S + O₂ = 2H₂S₂

2H₂S₂ = H₂S + H₂S₃

Эти химические реакции вполне реальны. В принципе, все верно, с некоторыми исключениями, и одно из них предстает перед Райтом с показательной яркостью (он называет его «весьма затруднительным вопросом»). Но у ученых есть термин для этой ситуации – «эпицикл», названный в честь небесных кругов, которые понадобились Птолемею для оправдания своей ошибочной теории движения планет. Стоит добавить чуть-чуть лишнего, и объекты начнут страшно скрипеть. Райт еще не дошел до этой стадии, и между 1954 и 1975 г., вооруженный своим инфракрасным спектроскопом и несколькими оригинальными методами построения графиков, ринулся в атаку на некоторые крупные классы запахов. Как обычно в этой области, его первой целью стали горькие миндали. Важно отметить, что, занимаясь «тремя исключениями», он аккуратно отодвинул в сторону неподдающуюся проблему HCN. Молекула H₂S, как мы уже видели, взаимодействует с водой и сама с собой. NH₃ (аммиак) – не запах, а болевое ощущение, а «что касается молекулы HCN, это также химически активный газ, и весьма токсичный, и молекула должна генерировать осмическую частоту, а то, что некоторые люди его не чувствуют, говорит только о том, что у них нет особой химической точки соприкосновения. Снова эпициклы: токсичность нерелевантна, и во всяком случае H₂S гораздо хуже. Молекула HCN на самом деле довольно инертна, а то, что некоторые не чувствуют этот запах, тоже нерелевантно. По такой логике, запах в целом обречен на небытие, потому что у некоторых людей заложен нос.

Таким образом, пытаясь прихлопнуть HCN как надоедливую муху, Райт переходит к измерению инфракрасных частот группы других горько-миндальных химикатов. Многие люди, и я в том числе, в частном и порой публичном пространстве высказывали сомнения относительно его вибрационных частот.

Показательный пример изучения Райтом горького миндаля. При проверке с точными расчетами квантовой механики, и частоты, и движения полностью совпадают.

К счастью, теперь появилась возможность без всяких измерительных приборов вычислить вибрационные частоты практически с любой степенью точности. Для этого надо иметь достаточно быстродействующий компьютер, либо набраться немного терпения. Я пересчитал некоторые из его частот с помощью компьютерной программы для квантовой химии, и обнаружил, что они корректны не только по значениям, но и в более сложной части определения типа движения, или режима, отвечающего за ту или иную частоту. Проблема, разумеется, заключалась не в данных. Это самая современная спектроскопия, и критикам Райта – если таковые еще остались – нужно искать другие аргументы.

Закат теории колебаний

На самом деле им нужно было беспокоиться не о данных, потому что, как оказалось, они мало работают в поддержку его теории. Начнем с того, что молекулы обладают целым рядом режимов в области волновых чисел ниже 1000, и даже если в этом была бы какая-то система, ее было бы трудно обнаружить. Райт разработал несколько оригинальных методов графической демонстрации, которые показывали, где плотность, т. е. количество режимов на энергетический интервал, изменяется в большую или меньшую сторону. Тем не менее корреляция все равно выглядела неубедительно, и снова послышался скрежет эпициклов. В примечательной статье, опубликованной в 1964 г. в журнале Nature, Райт решил добавить воображаемые частоты на разностной частоте между двумя измеренными, после чего стало появляться некое подобие системы. О том, что он каким-то образом подтасовывает данные, речи не идет, поскольку он делает все, так сказать, на глазах у зрителей, четко прописывая комментарии к цифрам, которые видны всем. Но пружина недоверия уже растянулась почти до предела. Еще два дополнительных тяжелых груза были готовы ее разорвать.

Первой была проблема изотопов. Как хорошо знал Райт и не уставали указывать другие химики, изотопы должны были дать важнейшую проверку его теории. Изотопы наводят на мысль о радиоактивности и действительно имеют важнейшее значение для физиков-ядерщиков, но в данном случае важно не то, что они испускают лучи и частицы, смертоносные или нет. Важно другое. Химические элементы, как известно, отличаются друг от друга количеством электронов в слоях, напоминающих луковую кожуру, и эти электроны должны быть уравновешены идентичным количеством протонов в ядре, чтобы атом имел нейтральный заряд[65]. Однако есть третий тип частиц, которые благополучно существуют в ядрах и, в отличие от протонов и электронов, не несут заряда. Соответственно, они называются нейтронами. Но, будучи нейтральными, нейтроны могут оказывать разрушительное влияние на ядро, потому что интерферируют с силой, которая удерживает вместе протоны. Например, стабильные и нестабильные изотопы урана различаются между собой лишь горсткой протонов в ядре. Простейший из химических элементов, водород, имеет один протон и один электрон. При добавлении одного нейтрона к ядру получается дейтерий. При сжигании дейтерия на воздухе вместо обычной воды H₂O получается тяжелая вода D₂O. Тяжелая вода действительно тяжелая. Фляжка с ней будет плескаться в руке совсем не так, как с обычной. Но в основном тяжелая вода ведет себя как простая. У нее несколько выше точка кипения, но в ней можно выращивать бактерии (чуть медленнее), ей можно поливать растения и пить без всякого вреда для здоровья (в умеренных количествах).

Причина того, что она ведет себя почти как обычная, заключается в том, что все химические реакции, как мы уже видели, вытекают из манеры поведения электронов, а ядра следуют за ними, чтобы получить заряд. Это означает, что электронные связи, образуемые различными изотопами, должны быть, с высокой вероятностью, идентичными друг другу[66]. Иными словами, связь между дейтерием (тяжелым водородом) и углеродом должна быть такой же силы (т. е. прочности), как и между обычным водородом и углеродом. Но – и вот этот момент имеет особое значение для науки о запахах – тяжелый водород тяжелее вдвое. Поэтому биение, которое вы получаете, растягивая связь C-D, а затем отпуская, будет на пятую ниже, контральто по сравнению с сопрано C-H. Иными словами, изотопы меняют массу, но не пружины, поэтому все колебания молекул изменяются в большей или меньшей степени в зависимости от замены изотопа, но форма остается неизменной.

Таким образом можно провести прекрасный тест и проверить, на что реагируют наши обонятельные рецепторы: на форму или колебания. Надо взять две молекулы идентичной формы, но с разными колебаниями. Впрочем, как обычно, дьявол – в деталях. Какую молекулу выбрать, и какие элементы заменить их более тяжелыми изотопами? Как можно предположить, более легкие элементы сильнее подвержены воздействию дополнительных нейтронов, и более всего самый легкий – водород. Более тяжелые звери, типа углерода и кислорода, появляются в разных изотопных ароматах, но добавление нейтрона к двенадцати ядерным частицам обычного углерода увеличит его массу на одну тринадцатую часть, или изменение произойдет лишь на 8 %. Значит, водород годится. Однако надо внимательно выбрать, какие атомы водорода в каких молекулах заменить дейтерием. Многие атомы водорода имеют свободную связь с соседним атомом и постоянно скачут туда-сюда, как цирковые наездники. Возьмем, к примеру, D₂S, тяжелый аналог H₂S. Создать ее несложно, и она будет наверняка иметь совершенно иной характер колебаний по сравнению с H₂S, но если ее понюхать, D моментально будет вытеснен H, находящимся во влажной среде вашего носа – в течение наносекунд. Дело в том, что в вашем организме (если вы перед этим не выпили большое количество тяжелой воды), почти весь водород будет легким, и когда D совершит очередной прыжок, его место займет гораздо более распространенный Н. Результат: эксперимент провалился.

Тем не менее в молекулах есть много стабильных атомов водорода, и Райт мог заняться подходящими ароматами с замещенными изотопами. Он так и сделал, и результат описан в одной из глав его книги. Он попросил людей понюхать нормальный и дейтерированный нафталин, после чего радостно сообщил, что они чувствовали разные запахи. Звучит обнадеживающе? Не совсем. Различие было не сильным, но по этому эксперименту нельзя было сделать точного заключения. Причина – жупел всех экспериментов с запахами: чистота. Даже малейшее количество каких-то молекул, не имеющих отношения к главному компоненту, может повлиять на запах в целом. Такое происходит в лабораториях, когда две последовательные партии одного одоранта, изготовленные в «идентичных» условиях, обладают слегка различающимся запахом из-за слегка различающихся синтетических примесей. Дейтерированные соединения часто создаются совершенно другими способами, чем нормальные, из-за ограниченной доступности строительных блоков дейтерия, поэтому не исключена возможность загрязнения их различными примесями, которые и без того имеют различные запахи. Наш нос в качестве измерительного инструмента просто слишком хорош, чтобы проверять теорию таким способом.

Что надо было сделать Райту? Единственный способ сделать все надлежащим образом – поместить обе молекулы в газовый хроматограф и проверять пики компонентов молекулы на выходе. Для этого требуется: а) хромато-масс-спектрометр, прибор, как тогда, так и сейчас, редко встречающийся за пределами мира парфюмерии; б) умение быстро определять запах пика и запоминать его качества (десять секунд на все про все); и в) умение запоминать все свойства до следующего эксперимента, когда появятся пики другой молекулы. Помимо наличия оборудования, это все равно гораздо сложнее, чем просто сравнить «А» и «Б» с помощью блоттеров, поочередно подносимых к носу. Не менее сложно проводить широкомасштабные эксперименты с газовой хроматографией на больших группах неопытных наблюдателей, которых так любят психологи-экспериментаторы[67]. Конечно, нет ничего невозможного, но в данных обстоятельствах эксперименты Райта с изотопами никого не убедили даже в том, что их можно было бы провести лучше.

Опять зеркала

Вторая плохая новость касается энантиомеров, зеркальных молекул, о которых шла речь выше. Потребовалось поразительно долгое время, чтобы окончательно определить, различаются ли энантиомеры по запаху. Причина попросту в том, что энантиомеры по своей природе обычно обладают очень похожими свойствами, потому что точка кипения, молекулярный вес и пр. у них по определению идентичны. Запустите смесь энантиомеров в газовый хроматограф, и они выйдут на другом конце, улыбаясь, держась за руки, как идентичные близнецы, и в одно и то же время[68]. Единственный способ разделить их – это подвергнуть кристаллизации. Если кристаллизовать энантиомеры и сохранить мелкие кристаллы, можно обнаружить, что кристаллы получаются одной или другой формы. Дело в том, что если вы используете пространственную решетку для левосторонних, то правосторонние в нее не пролезут. Это открытие сделало знаменитым молодого Луи Пастера, но требуется кропотливое ручное разделение мелких кристаллов пинцетом. Синтез энантиомеров в принципе не легче, потому что приходится начинать с энантиомерных строительных блоков, а они должны быть чистыми, и т. д.

Как бы то ни было, в 1970-е гг. стало предельно ясно, что два энантиомера карвона, распространенной ароматической молекулы, обладают различными ольфакторными характеристиками. Это означает: какими бы чистыми вы их не получали, как бы ни изощрялись, сколько бы людей не опрашивали, какие бы определения не подбирали, один из карвонов (S) имеет запах мяты, а другой (R) – тмина. Это простой для выполнения тест, оба вещества нетоксичны, так что никакой опасности для жизни, по сравнению с боранами. Когда этот факт получил относительную известность, его радостно приветствовали критики теории колебаний. И действительно, на первый взгляд казалось, что на этом идеям Райта положен конец. Дело вот в чем. Как мы видели раньше, если поместить любой асимметричный объект перед зеркалом (например руку), вы увидите, что точнейшим образом повторяет человек в зеркале. Иными словами, энантиомеры обладают идентичными колебаниями. Это не имеет отношения к диапазону (волновое число может быть и ниже, и выше 1000) или к каким-то подобным безделицам. Каждая отдельная схема колебаний идентична. И неудивительно, если поместить жидкие энантиомеры в обычный спектроскоп, работающий с неполяризованным светом (причина курсива станет ясна чуть позже), вы получите идентичные спектры.

Райт, в характерной для себя манере, воспринял это спокойно, хотя в это время уже немного чувствовал себя в осажденной крепости. Он просто указал, что, «учитывая тот факт, что живые точки молекулярных рецепторов почти наверняка хиральные, схема частот [энантиомера] может отличаться от схемы частот его изомера в момент взаимодействия» (курсив Райта). Верно, верно, абсолютно верно. Попросту говоря, это означает, что если в момент измерения колебаний каждый рецептор держит в своем маленьком кулачке одну молекулу карвона и если рецептор хиральный (а они все такие), то не удивительно, что реакция на два энантиомера будет различной. Это не какой-то загадочный феномен. Если провести спектроскопию твердого кристалла того или иного энантиомера и придать измерительной системе своего рода хиральность с использованием поляризованного света, имеющего колебания только в конкретном диапазоне, то полученный спектр одного и другого кристаллов будет разным. Но критики Райта перестали обращать на него внимание. Единственное, что могло спасти его в тот момент – придумать механизм, но этого ему не удалось.

Райт продолжал заниматься колебаниями и запахами до самой смерти, которая наступила в 1985 г. По общему мнению его коллег, в это время он сохранял творческую продуктивность, но никаких серьезных фактов, которые сдвинули бы его от маргинального положения в мире запахов, не появилось.

На помощь приходят физики

К 1985 г., когда умер Райт, специалисты в целом пришли к общему мнению, что а) изотопы пахнут так же, как обычные соединения; б) различие в запахах энантиомеров карвона опровергает все теории колебаний; в) в любом случае не может быть создан спектроскоп из биологических строительных блоков. Работа Райта, лишенная его настойчивой поддержки, затонула, не оставив заметного следа в области запахов, а его коллеги и сотрудники разбежались или занялись другими проблемами. Трагизм ситуации в том, что Райт умер, даже не осознав, что решение проблемы, которая занимала его предыдущие двадцать лет, лежало перед ним на библиотечной полке. И не в какой-то редкой публикации, а буквально на расстоянии вытянутой руки – в самом знаменитом физическом журнале Physical Review Letters.

В нем была опубликована статья сотрудников компании Ford Motor, расположенной в Дирборне, штат Мичиган. Сегодня «Форд» и «Дирборн» особо не ассоциируются с фундаментальными научными исследованиями, но в конце 1950-х гг. Генри Форд наряду с другими крупными компаниями, такими как IBM, General Electric и RCA, решил превзойти Bell Labs. Ряд поразительных достижений[69] «Лабораторий Белла» (транзистор, лазер и пр.) заронил в обычно угрюмые мозги руководства крупных компаний мысль о том, что можно заниматься фундаментальными исследованиями, изобретать новые устройства, изменять мир, получать новые Нобелевские премии и в процессе продолжать зарабатывать бабки. Форд создал у себя настоящую лабораторию по правилам Белла: скромная оплата, наилучшее оборудование, полная свобода и гибкие команды.

Яклевич и Ламбе

Роберт Яклевич и Джон Ламбе, закончив университеты и защитив докторские диссертации, с интервалом в два года пришли на работу в лабораторию Форда. У Ламбе уже сложилась репутация блестящего экспериментатора; он первым, еще в 1957 г., начал работать с твердотельным мазером (микроволновый эквивалент лазера). Яклевич, выпускник университета Нотр-Дам в штате Индиана, был специалистом по физике и химии поверхностей, – в процессах, которые происходят в тонком слое на границе объектов. Наука поверхностей сыграла ключевую роль в появлении твердотельной электроники, поскольку все явления, обеспечивающие работу таких приборов, как транзисторы и диоды, происходят как раз на границе контакта разного рода полупроводниковых материалов. Специалисты по поверхностям создали новую технологию для очистки поверхностей и нанесения на них тонких, контролируемых слоев вещества, которая действует по сей день на гигантских фабриках – производителях чипов. От них зависит вся электроника, которой мы пользуемся. Но в 1961 г. все профессиональные инструменты были самодельными, выглядели, как мечта паяльщика, и работать с ними умели лишь те, кто их создал. Яклевич и Ламбе, пройдя конкурс на интересные идеи, решили заняться явлением, известном как «туннелирование электронов», которое, после нескольких лет пребывания в забвении, внезапно превратилось в увлекательнейшую область деятельности.

Объяснение простое: стоит присоединить два металлических провода к аккумулятору и соединить их, как потечет ток. Ток, «естественно»[70], несут по проводам электроны. Но как течет ток через точки контакта? Металлы, можно сказать, сочатся электронами, и контакт металла с металлом создает влажность на одном, которая совмещается с влажностью на другом. Но почему металлы сочатся электронами? Почему электроны не сидят спокойно в сомкнутых рядах ядер металла? Почему они стремятся в пространство? Очень просто: потому что электроны слегка ворсистые. Если при сильном увеличении рассмотреть кусочек металла и его электроны, станет видна очень небольшая аура электронов вокруг металлического комка. Если сделать увеличение еще больше, можно увидеть, как электроны прыгают взад-вперед внутри металла, стремясь выпрыгнуть наружу, когда оказываются на краю, преодолевают небольшое расстояние в окружающем пространстве, после чего их утаскивает обратно в металл.

Это квантовый феномен, и объясняется он тем, что электрон, прежде чем «понять», что ему не вырваться из металла, должен обязательно попробовать это сделать. Облако – это место, где все вырывающиеся электроны ловятся и утаскиваются обратно в комок. Это означает следующее: если взять два куска металла, плотно их сдвинуть, а затем начать аккуратно разъединять, электроны будут летать до тех пор, пока расстояние между кусками не превысит суммированное расстояние электронных аур каждого из них. Мы говорим об очень небольших расстояниях, порядка одной миллионной доли толщины человеческого волоса. Это так же действует, если покрыть металл соответствующе тонким слоем изоляционного материала. Если изоляционный материал достаточно тонкий, внешняя его сторона будет так же сочиться электронами, как и голый металл. Это электроны пробивают туннель в слое изоляции.

Каждый раз, когда вы щелкаете выключателем, электроны пробивают себе туннели в тонком слое окиси, грязи и прочего, что скопилось на поверхности тумблера: начинает течь ток. Причина того, что серьезное изучение этого феномена началось только в конце 1900-х гг., проста: как можно было узнать, что не существует маленьких островков в точке контакта между металлами, если два провода в этом месте прочно спаяны в неразрывную цепь? Иными словами, как узнать разницу между электроном, который пробил туннель, и электроном, который просто пролетел в месте спайки, не покидая комфортной атмосферы металлического окружения? До 1959 г. ответ был один: никак. Любой эксперимент, направленный на демонстрацию туннелирования тока, был обречен на неудачу простым вопросом из зала: «Откуда вы знаете, что там нет спайки?»

Прорыв Джайевера

Так было до тех пор, пока не появился Айвор Джайевер. Дипломированный инженер, он работал в Политехническом институте Ренсселера. Будучи специалистом по изучению поверхностей, он создал устройство по принципу «металл-изолятор-металл», при этом слой изолятора был достаточно тонок, чтобы пропускать ток. Затем его посетила блестящая мысль: охладить металлы в жидком гелии. При нормальной температуре кусок металла – словно офисное здание: по всем этажам, снизу доверху, снуют электроны. Каждый этаж – энергетический уровень, и на каждом этаже есть место ровно для одного электрона. Кусок металла площадью в квадратный дюйм содержит огромное количество таких уровней, примерно столько же, сколько атомов в этом куске.

Если взять два куска металла и подсоединить их к противоположным полюсам батареи, произойдет следующее. Энергетические уровни в металле, соединенном с отрицательным полюсом, поднимутся на определенную величину, эквивалентную напряжению батареи. Это как каждый электрон на одном конце поднимется на несколько этажей. Если соединить два куска металла достаточно плотно для того, чтобы электроны могли пробивать туннели, электроны на заполненных этажах поверхности отрицательно заряженного куска металла увидят пустые этажи через границу и устремятся туда. Те, которые находятся на нижних заполненных этажах здания, улететь не могут, потому что некуда.

Ток идет по туннельному переходу между металлами в обычном состоянии (вверху) и металлами в состоянии сверхпроводимости (внизу). В обычных металлах туннелированный ток (правый график) пропорционален напряжению и неотличим от нормального движения тока. В сверхпроводящих металлах зонированные энергетические уровни дают характерное ступенчатое изменение движения тока при изменении напряжения.

Ток, текущий слева направо, будет просто пропорционален количеству заполненных этажей, перед которыми располагаются пустые, а это, в свою очередь, напрямую зависит от напряжения батареи. Иными словами, ток будет пропорционален напряжению батареи. Вот почему в начале изучения процесса туннелирования возникало много сложностей. Поток электронов, проходящий через маленький контакт пайки, тоже пропорционален напряжению, хотя и совсем по другим причинам. И было трудно разделить два типа потоков.

Джайевер особо интересовался сверхпроводимостью, удивительным феноменом, который возникает, когда металлы охлаждают до температуры жидкого гелия. В то время полагали, что основной причиной сверхпроводимости является то, что энергетические этажи заполняются по различной схеме: заполненные этажи до определенного уровня, потом пробел, а затем снова фиксированное количество заполненных этажей. Джайевер понял, что может проверить эту гипотезу с помощью электрического эксперимента. Если изменить напряжение, то вся схема, промежутки и этажи, изменятся соответственно. Если разместить сверхпроводящие металлы с таким причудливым заполнением этажей друг напротив друга и менять напряжение, то можно увидеть бугры и впадины в движении тока, обусловленные положением заполненных этажей и промежутков относительно друг друга. Именно это к своему удивлению, удовольствию и бессмертной славе увидел Айвор Джайевер. Он описал эффект в публикации 1959 г. и в 1973 г. был удостоен за это Нобелевской премии. Джайевера в первую очередь интересовало поведение электронов при низких температурах, но одним из непреднамеренных побочных эффектов его работы стало то, что люди впервые поверили в наличие туннельных токов. Если в любой момент эксперимента вы подозреваете, что два куска металла вступили в непосредственный контакт, нужно всего лишь поместить их в жидкий гелий. Если электрический ток будет выглядеть странно, значит, вы наблюдаете эффект туннелирования.

Поиск пульсаций

Яклевич и Ламбе решили выяснить, можно ли наблюдать небольшие пульсации тока даже в обычных металлах при температуре выше жидкого гелия. Некоторые теоретики предсказывали их существование, но Яклевич и Ламбе были уверены, что к предсказаниям теоретиков следует относиться с большой долей скепсиса. Физика необычна тем, что люди в этой области обычно занимаются либо теорией, либо экспериментами, и редко тем и другим одновременно. Экспериментаторы посмеиваются над кабинетными генералами, которые посылают их на бессмысленные задания или объявляют невозможным то, что иногда оказывается очень простым. И наоборот, теоретики часто высмеивают хваленых радиолюбителей, которые, наткнувшись на гениальную идею, имеют дерзость сомневаться, стоит ли тратить годы, чтобы проверить ее опытным путем. Впрочем, чаще всего они не могут жить друг без друга.

Чтобы проверить гипотезу о существовании небольших, но существенных пульсаций в линейной кривой электротока, Яклевичу и Ламбе пришлось создать более качественные «переходы», как теперь стали называть устройства типа «металл-изолятор-металл». Им нужно было получить туннелированный ток, регулируя толщину изолятора. Слишком сильный ток – сгорит изоляционный слой, слишком слабый – сигнал будет трещать, как в дефектной телефонной линии, и ничего не поймешь. Яклевич создавал переходы, Ламбе конструировал чрезвычайно сложную электронику, необходимую для измерения тока и изменения напряжения. Затем они приступили к экспериментам. Их усовершенствованные, чистые, бесшумные приборы позволили им использовать гораздо более высокое напряжение. До сих пор все, кто подходил к краю этого пруда, позволяли себе лишь несколько милливольт (1000 милливольт = 1 вольт) с каждой стороны из опасения повредить устройство. Они смело стали усиливать ток, и в итоге их тонкие «переходы» смогли выдерживать напряжение вплоть до 1000 милливольт.

И тут они обнаружили нечто удивительное. Пульсации появились, и в большом количестве. Но не в тех местах, которые предсказывали теоретики. Они модифицировали свою методику, чтобы более четко видеть пульсации на гладком фоне[71]. Некоторое время они рассматривали схему пульсаций, и вдруг их осенило. Схема выглядела так же, как спектр колебаний! Но чего? Яклевич вскоре понял, что спектр пульсаций весьма близок спектру колебаний жидкости под названием формвар, которую он использовал для растворения лака, изготавливая «переходы». Однако оставался большой вопрос: каким образом пульсации появляются на кривых тока: это все равно, что телепередача CNN появится на вашей чайной чашке. Но они с Ламбе вскоре догадались, в чем дело.

Поскольку спектр был похож на спектр испаряющегося растворителя, они предположили, что каким-то образом небольшая часть его должна оседать на изолирующем слое сэндвича-перехода. Молекулы растворителя попадают под перекрестный огонь туннелированных электронов, проносящихся сквозь них с обеих сторон изоляционного слоя. Некоторые электроны врезаются в молекулы, и от удара они начинают звенеть, как гонг. Но это квантовый гонг, явление одновременно незнакомое и простое, если понять его принцип. Представьте электроны, влетающие на пустой этаж через пролет. Большинство из них пролетают, ничего не касаясь, но некоторые попадают в одинокие молекулы. От удара энергия электрона переходит в молекулу, сам электрон падает на несколько энергетических уровней, после чего продолжает свою деятельность на другой стороне.

Теперь речь пойдет о квантах. Все эти трюки электрона типа «взлет-падение-взлет» проходят только в том случае, если все выстроено очень точно. Прежде всего, электрон не может упасть на произвольное количество этажей, падение должно энергетически соответствовать колебанию молекулы (вспомните: флейты, а не фортепьяно). Дело в том, что молекула в состоянии поглотить лишь такое количество энергии, которое соответствует одному из ее собственных колебаний. (Эта энергия, кстати сказать, похожа на звук гонга, постепенно переходящего в тепло[72].) Во-вторых, после падения он должен оказаться напротив пустого этажа, иначе начнет рваться назад и вернется на тот этаж, с которого упал. Более того, в таком случае колебания не будет.

Вот здесь и возникают пульсации: по мере повышения напряжения электроны сначала продолжают свой обычный горизонтальный полет, потому что для колебания молекулы нужно иметь определенный минимум энергии. Затем, когда разность напряжения создает энергию, достаточную для создания самого слабого колебания молекулы, некоторые электроны переходят в режим «взлет-падение-взлет». Когда разность напряжения создает энергию, вызывающую второе колебание, к процессу «взлетов-падений-взлетов» подключается еще больше электронов. Вы усиливаете ток, и к тому моменту, когда он достигает 0,5 вольта, что соответствует волновому числу 4000, несчастные молекулы растворителя, как Вуди Аллен в оргазмотроне[73], уже подвергаются безумной щекотке, и каждое из их колебаний помогает электронам пролететь на другую сторону. Разумеется, общее количество тока больше, чем если бы в промежутке не было молекул растворителя, потому что каждая молекула действует как трамплин; у электронов возникает гораздо больше возможностей перебраться из одного куска металла в другой, и они непременно ими пользуются.

На волосок от запаха

После того как Яклевич и Ламбе со всем этим разобрались, у них появился прекрасный повод гордиться собой. Одним махом они открыли новый механизм взаимодействия электронов: процесс «взлета-падения-взлета» получил название «неупругое туннелирование электронов». В качестве бонуса они также придумали совершенно новый способ измерения молекулярных колебаний, лишенный недостатков рамановской и инфракрасной спектроскопии, в частности, селективной слепоты оптических устройств в отношении некоторых молекулярных колебаний. Неплохо для двухлетней работы. Любопытно отметить, что появился слух (возможно, не без злого умысла), будто бы их первая схема пульсаций возникла из-за масла вакуумного насоса, которое случайным образом попало на их «переходы». Эта липкая история, вероятно, связана с ожиданиями компании Ford Motor, которая хотела поучаствовать в этом деле, но, как с сожалением сказал мне Яклевич, это абсолютная неправда. На самом деле, они в шутку пробовали использовать масло для этой цели, но у них ничего не получилось, поскольку вакуумные масла предназначены, как можно догадаться, для того, чтобы предотвратить любое испарение.

Яклевич вспоминает, что у них были большие надежды на эту новую методику как инструмент для химиков-аналитиков, но они не оправдались. Устройства типа «металл-изолятор-металл» и тогда, и сейчас довольно сложно изготавливать и, вероятно, химику проще приобрести рамановский и инфракрасный спектроскопы, чем пытаться создать туннелирующий. Когда я разговаривал с Яклевичем о тех временах, он спросил, почему меня, биолога, это интересует, и я объяснил, что вижу в этом потенциальную связь с запахами. «О, – воскликнул он, – мы думали об этом!» В этот момент я, слегка обидевшись на то, с какой легкостью он это произнес, признался, что весьма удивлен. Яклевич очаровательно ответил: «Видишь ли, мы были весьма сообразительны, и эта мысль как-то сама возникла в ходе дискуссии». И что было дальше? Яклевич вспоминает: «У Форда были три химические лаборатории, и мы часто общались с соседями. Мы обсуждали с ними этот вопрос, и кто-то сказал, что запах молекулы может зависеть от ее формы».

Но они все-таки решили пойти дальше и заказали себе некоторое количество дейтерированной уксусной кислоты, чтобы проверить, действительно ли она пахнет иначе, чем обычная. Может, пахла, может, и нет, во всяком случае они бросили эту идею, которая все равно не входила в сферу их интересов и не имела никакой пользы для Форда. Историю с запахами они обсуждали с другими учеными на первой международной конференции по туннелированию в 1969 г. Но они никогда не слышали про Райта, равно как и он про них, хотя все публиковались в самых распространенных научных журналах мира – в Nature и Physical Review! Яклевич и Ламбе с удивлением узнали от меня, что их идея, в конце концов, могла оказаться правильной. Если бы о ней знал Райт, он бы сразу увидел, что а) это механизм, предназначенный для наноразмерных устройств, таких как белки, поскольку туннелирование действует исключительно на расстояниях, сопоставимых, в частности, с размерами молекул запаха, и б) клетки омываются потоками электронов, а энзимы предназначены для их транспортировки, а таким образом создание биологического спектроскопа одним махом переходит из состояния невозможного во вполне вероятное. Остается только заполнить промежутки (сейчас это реально, как мы увидим дальше). Жаль только, что я не имел возможности сообщить ему эту новость десять лет назад.

Клифтон Мелоэн

Я узнал о работе Клифтона Мелоэна всего несколько лет назад, читая обзор одного глубокого ученого[74], взявшего на себя труд прошерстить все возможные материалы о биологическом влиянии изотопов (и случайно обнаружившего вопиющую ошибку в одной из моих статей). Мелоэн сейчас вышел в отставку, но всю свою профессиональную жизнь проработал химиком-аналитиком в Манхэттене, штат Канзас – городе, который очаровательно позиционирует себя как «Маленькое яблоко». Он располагается среди невысоких кремнистых холмов в центральном Канзасе и славится своим университетом. Мелоэн начал работать в Канзасском университете в 1959 г., и дослужился до должности профессора аналитической химии; в его лаборатории всегда занималась большая группа аспирантов. Как-то в начале 1970-х гг. один аспирант по ходу беседы поинтересовался у него, какова может быть заветная цель любого химика-аналитика. Мелоан, немного подумав, сказал, что, возможно, такой целью может быть обнаружение наличия молекулы в живой клетке без разрушения той и другой. В то время наиболее чувствительным детектором молекул был детектор Холла[75] с разрешением до 10^-15 молей, или приблизительно 100 миллионов молекул. Аналитическим химикам еще было куда стремиться. Совершенно случайно вскоре после этого разговора Мелоэн со своими студентами отправился в Калтех послушать лекцию о брачном поведении непарного шелкопряда. Мелоэн был в потрясении: какое-то мелкое насекомое способно распознавать гораздо меньшие частицы вещества. Мелоэн предварительно оценил восприимчивость шелкопряда к «гормону любви» в 10^-21 молей, или 100 молекул – в миллион раз лучше того, на что были способны он или его коллеги.

Мелоэн забавно вспоминает, что испытал тогда чувство унижения перед способностями непарного шелкопряда и на еженедельном собрании лаборатории поставил перед группой аспирантов задачу провести эксперименты, чтобы понять этот поразительный феномен. Аспиранты не проявили энтузиазма: основным направлением работы Мелоэна была чистая аналитическая химия, и они были, естественно, более склоны заниматься мейнстримными проектами. Первой проявила инициативу Сьюзен Альбрехт, и они вместе отправились к его другу-энтомологу Чарли Питтсу, работавшему в том же университете. Питтс сказал Мелоэну, что феромоном шелкопряда заниматься бесперспективно, поскольку этим уже давно занимаются «десятки людей, у которых больше денег, лучше оборудование и более сообразительные ученики». Вместо этого он предложил подключиться к своей нерешенной проблеме местного происхождения, связанной с насекомыми, а именно с полевыми мухами. Полевые мухи – противные существа, похожие на домашних мух, постоянно садящиеся на глаза, носы и морды домашних животных, приводя их в неистовое раздражение. В худших случаях полевые мухи досаждают скотине так, что она перестает есть и теряет до 30 % своей массы. В сельскохозяйственном Канзасе это равносильно объявлению войны.

Мух привлекает коровий навоз, с которого они и перемещаются на животных. Питтс показал Мелоэну результаты потрясающего эксперимента. Он собрал испарения над свежими коровьими лепешками в сосуд, охлажденный жидким азотом, повторно растворил их в растворителе и опрыскал полученной жидкостью половинку старой, засохшей лепешки, которая не интересовала полевых мух. Результат оказался ожидаемым: все мухи, кроме одной, сосредоточились над опрысканной частью. Мелоэн очень увлекся экспериментом и решил выделить аттрактант. Криво усмехаясь, он вспоминает: «Чарли Питтс забыл сказать мне одну вещь: это был единственный эксперимент за восемь лет, который удался». Им нужны были коровы, питающиеся обычным кормом, поэтому они отправились на близлежащую государственную ферму, научились, как заставить коров облегчаться в большой гомогенизатор Уоринга, с которым поспешили к себе в лабораторию. Гомогенизированный навоз потом подвергли медленному нагреванию, летучую фракцию собрали и пропустили через газовый хроматограф. Оказалось, что в ней содержится пятьдесят две различных молекулы!

Мелоэна это не обескуражило. Он со своей группой разделил эту фракцию надвое. Они взяли двугорлую стеклянную колбу, в каждом горлышке поместили блоттер с определенной фракцией и стали наблюдать, какая из них окажется более привлекательной для мух. Затем взяли ту фракцию, которая оказалась привлекательной, поделили ее опять надвое и опять понаблюдали за поведением мух. После нескольких недель работы они сузили диапазон до четырех компонентов. Потом собрали большое количество свежего навоза и провели последний эксперимент, который так нравится химикам-аналитикам. Они пропустили сотни небольших порций вещества через ГХ и вычленили интересующие пики, понемногу за один раз, чтобы ГХ не задохнулся. Постепенно у них образовался примерно миллиграмм нужного вещества, который пропустили через спектрометр ядерного магнитного резонанса. Тот работал всю ночь, чтобы выделить чистый спектр из миллиона побочных шумов. На следующее утро результат был получен: м-ксилол. «М» означает «мета», а в целом это молекула, в которой два атома углерода выступают из кольца на четыре и двенадцать часов. На два часа называется «орто», на шесть часов – «пара», соответственно, о-ксилол и п-ксилол. Они испытали два последних на мухах, которые их проигнорировали. Мух интересовал только м-изомер.

Это поставило их в тупик. Мелоэн ознакомился со всеми теориями запаха относительно формы и прочего (существовало много разных, с различной степенью невероятности). Теория, основанная на форме, требовала, чтобы молекулы несли химические группы, способные взаимодействовать с рецепторами, «магниты», о которых мы уже говорили. У ксилола нет хороших магнитов: бензольное кольцо не несет заряда, а метилы – скользкие, бесформенные комки, которые не проявляют особой готовности вступать в связи с чем бы то ни было. Тем не менее Мелоэн испробовал множество вариантов, добавляя в разные места атомы углерода. Какие-то привлекали мух, другие – нет, но четкого представления, почему это происходит, не получилось.

В этот момент Мелоэн и один из его студентов, Джон Блаха, отвлеклись на другое направление. Мелоэн хотел выяснить, какие части усиков полевой мухи чувствительны к ксилолу. Под микроскопом усики насекомого выглядят как невероятно сложные механизмы с отверстиями в кутикуле, которые ведут в полости, связанные с клетками рецепторов; внутренняя поверхность усиков оснащена разного рода проводами и вспомогательными клетками. Энтомологи достаточно хорошо продвинулись вперед в понимании того, какие части за что отвечают; для этого они затыкали разные отверстия микроскопическими капельками воска и проверяли, как действует обоняние мух. Мелоэн решил пойти дальше и на самом деле выяснил, как далеко по усику путешествует ксилол. В это время в Национальном бюро стандартов (НБС) создали прибор, сочетающий в себе микроскоп и рамановский спектроскоп, в котором лазер высвечивает конкретную точку и выдает сведения, какие молекулы вибрируют там, куда направлен микроскоп.

Наблюдение Джона Блахи

Блаха взял с собой мух и химические соединения и отправился с ними в НБС проводить дальнейшие эксперименты. Разумеется, он смог определить ксилол и другие молекулы в усике по их колебаниям, но в способности различных соединений проникать в усик нельзя было увидеть существенной разницы. Затем Блаха с волнением позвонил Мелоэну сообщить о странном наблюдении. Он искал рамановский спектр соединений в усике, и нечто привлекло его внимание. Соединения, которые привлекали мух, имели между собой нечто общее: интенсивные колебания в диапазоне чуть ниже 1000 волновых чисел. Мозг Мелоэна, напичканный вычитанными сведениями, незамедлительно увидел соответствие: теория Райта![76] Мелоэн говорит, что до сей поры был ко всему этому безразличен, но схема оказалась настолько впечатляющей, что он решил заняться вплотную. На протяжении последующих двух десятилетий, вплоть до выхода на пенсию в 1993 г., Мелоэн периодически занимался исследованиями в области запаха как побочной темой, вместе со студентами, которые проявляли желание поучаствовать в весьма эксцентричной теме.

Мелоэн решил проверить теорию Райта и начал собирать идеи. Один коллега предложил изотопы как элегантный способ изменения колебаний без изменения формы, но Мелоэн почувствовал, что использование изотопов аттрактантов может показаться неубедительным из-за извечной проблемы с примесями. Репелленты более распространены, чем аттрактанты, и, если небольшое количество репеллента в качестве примеси найдет способ проникнуть в аттрактант с изотопом-заменителем, эксперимент может дать нечеткие результаты. Поэтому он решил перевернуть проблему с ног на голову и заняться репеллентами. Он знал, что лавровый лист действует как репеллент на тараканов, и решил проанализировать экстракт лаврового листа, чтобы понять, какие химические вещества играют активную роль. Таких оказалось несколько, но 1,8-цинеол, распространенная молекула с запахом камфоры, оказалась наилучшим претендентом.

Он придумал оригинальный способ проверки отталкивающих свойств. Он сажал тараканов в большой стеклянный ящик, на дне которого располагал две перевернутые, как иглу, стеклянные колбы, по нижнему краю которых были сделаны проходы. Сверху каждой колбы свисали марлевые тампоны, недоступные для тараканов. В одной тампон был пропитан тестируемыми молекулами, в другой – без ничего. Затем он выключал свет, и тараканы получали возможность перемещаться как угодно по предоставленной территории, в том числе и знакомиться с запахами в каждом иглу. Потом включали свет – и тараканы бежали в укрытие. Выяснив ранее, в каком из иглу находится репеллент, а в каком – нет, эти сообразительные мелкие твари дружно прятались там, где не было неприятного для них запаха. А если выставлялись колбы без репеллента, тараканы равномерно прятались от света в обоих. Мелоэн проделал это с цинеолом, и почти все тараканы избегали его как чумы. Затем он взял дейтерированный цинеол – и они полностью его игнорировали, равномерно заполняя оба иглу.

Работа Мелоэна никак не отвечала на два фундаментальных вопроса – механизм воздействия и различные запахи энантиомеров.

Это был поразительный результат, и трудно опровержимый с точки зрения примеси аттрактантов, поскольку Мелоэн брал самую слабую концентрацию цинеола, способную произвести отпугивающее действие. Чтобы объяснить это влиянием примесей, нужно было допустить: а) одновременное наличие очень сильного аттрактанта (не было известно ни одного достаточно мощного), и б) случайно точной нейтрализации действия репеллента этой неизвестной молекулой. Мелоэн понял, что они наткнулись на что-то серьезное и попытался опубликовать результаты, но столкнулся с крайне скептической реакцией, которая в то время сопровождала все, связанное с теорией Райта. Это было понятно: работа Мелоэна никак не отвечала на два фундаментальных вопроса – механизм воздействия и различные запахи энантиомеров. Более того, у него не было никакого авторитета в науке запахов. Если добавить долю пренебрежения к сельскохозяйственному акценту некоторых его работ, то результат может быть вполне предсказуем: пренебрежение.

Мелоэн отнесся к этому сдержанно, понимая, что положение постоянного штатного профессора позволяет не участвовать в крысиных бегах публикаций. Он опубликовал, что мог, в журналах по энтомологии и однажды посетил конференцию химиков-флейвористов в Греции, чтобы рассказать о своей работе. Но в основном его труды остались неопубликованными в том смысле, что плоды его двадцатилетних трудов находили отражение только в докторских диссертациях его учеников, но они в качестве микрофильмов оседали в библиотеке Канзасского университета. Эти диссертации не учитывались ни в одной научной базе данных, большая часть его работ осталась непрочитанной, коллеги о них не слышали. Сам Мелоэн полагал, что изменить положение можно только благодаря убедительному эксперименту. Он принимал как данность, что Райт по существу был прав в выборе диапазона колебаний (при волновом числе ниже 1000), и что его идея о нескольких колебаниях заслуживает продолжения работы, но не добился успеха в этом направлении вплоть до выхода на пенсию.

Здесь вступаю я: полярограф

Из всего сказанного должно быть очевидно, что к моменту выхода Роберта Райта на пенсию в 1985 г. основные компоненты пазла стали доступны любому, кому повезло или кто проявлял достаточно настойчивости, чтобы найти их. В 1991 г., когда Линда Бак открыла рецепторы запаха, еще один большой фрагмент встал на свое место. Отсутствовал кусок, связанный с переводом туннельной спектроскопии в биологическое царство. Именно это удалось сделать мне, поэтому настало время моего выхода на сцену. Об этой части истории написана книга[77], поэтому я постараюсь по возможности не повторять ее содержание.

Мое подключение к изучению мира запахов произошло самым нетрадиционным образом. Я работал на морской биостанции в городке Вильфран-сюр-Мер, близ Ниццы, в божественном месте. И однажды, кажется, это было в 1986 г., в прекрасной старой библиотеке станции я наткнулся на двухтомник под названием «Полярография». Полярография – метод химического анализа, ныне применяемый редко, но в период своего расцвета он произвел революцию в аналитической химии и принес его изобретателю, чешскому химику Ярославу Гейровскому Нобелевскую премию по химии 1959 г. Успех полярографии отчасти объясняется ее простотой. Любой может за неделю собрать простенький полярограф за разумную цену и делать с ним очень интересные вещи.

Вот как это делается. Попросите знакомого стеклодува припаять прочную, тонкостенную, формой похожую на термометр стеклянную трубку к стеклянному же резервуару. Зафиксируйте все это в вертикальном положении, заполните верхний резервуар ртутью и поместите верхнюю часть трубки в мензурку со слабым водно-солевым раствором. Приглядевшись, можно будет увидеть, как мелкие капельки ртути будут падать сквозь воду и собираться в крупную каплю на дне мензурки. Когда вся ртуть соберется на дне, подсоедините верхний резервуар с ртутью к отрицательной клемме аккумулятора, а нижний – к положительной, но через устройство, позволяющее контролировать разницу напряжения между двумя емкостями с ртутью. Вставьте в цепь прибор, измеряющий напряжение, типа гальванометра, и все готово к работе.

Начните с небольшого напряжения. Вы увидите почти полное отсутствие тока, и это потому, что в проводах и ртути ток создается электронами, а в воде – ионами, элементами, заряды которых постоянно находятся в неустойчивом состоянии, меняясь с отрицательного на положительные. Пример – обычная поваренная соль, хлорид натрия, который в воде распадается на ионы Na+ и Cl-. Электроны добираются до края ртути, в воду перепрыгнуть не могут, поэтому замирают: тока нет. Соответственно, ионы тоже не могут перебраться в ртуть. Однако если немного повысить напряжение, ток появится. Но на гальванометре вы увидите не равномерный ток, а зубчатую линию, которая поднимается от нуля по мере того как каждая капля ртути образуется на конце трубки, растет, достигает максимального размера и падает. Когда такое происходит, ток падает до нуля, и процесс начинается заново. Если ток есть, значит, что-то в растворе принимает электроны. Это не могут быть растворенные ионы натрия, потому что они терпеть не могут электроны. Превратить их из Na⁺ в Na⁰ (ион натрия в металлический натрий) требует мощного толчка. Вот почему обратная реакция гораздо проще: металлический натрий очень активно вступает в реакцию с водой. Но и сама вода тоже не может принимать электроны, потому что в этом случае происходит выделение газов на обоих электродах (водорода и кислорода), и вы опять ничего не увидите. Но если не натрий и не вода, так что же?

Ответ странный: кислород. В воздухе, которым мы дышим, содержится 20 % кислорода, и некоторая его часть растворена в воде (этого хватает рыбам для жизни). Есть простой способ убедиться, что именно кислород обеспечивает ток: достаточно пропустить через раствор азот, который вытесняет кислород: тока не будет. Разумеется, не только кислород принимает электроны, таких веществ много. Более того, напряжение, при котором они начинают принимать электроны, зависит от субстанции, а это означает, что можно одновременно обнаружить ее наличие и определить ее количество в растворе. Самое удачное в использовании ртути заключается в том, что вне зависимости от химических реакций, происходящих с электродом, вы всегда с каждой каплей имеете дело с новой, чистой, абсолютно гладкой поверхностью. Отличное устройство. Но в процессе чтения о полярографии я обнаружил причудливый феномен, упоминаемый неоднократно – полярографический максимум.

В принципе, если у вас в воде растворена смесь различных веществ, которые принимают электроны при разном напряжении, то кривая тока[78] относительно напряжения должна выглядеть как поднимающаяся серия закругленных ступеней, идущих выше и выше по мере того, как вы увеличиваете отрицательное напряжение. Выравнивание каждой ступени происходит из-за того, что для прыжков электронов требуется диффузия между раствором и поверхностью ртути, которая принимает электроны. Когда количество, атакованное электронами, точно совпадает с количеством, пополняемым диффузией, ток перестает нарастать. Это справедливо для большинства веществ, но некоторые демонстрируют довольно плохое поведение, которое сильно озадачивало всех, кто работал с полярографами. Лучший пример – кислород. При создании отрицательного напряжения ниже нуля кривая тока поднимается довольно круто. При еще небольшом увеличении отрицательного напряжения, когда вы ожидаете, что кривая начнет выравниваться, как при нормальном прилично себя ведущем соединении, от одной капли до другой, она внезапно падает на гораздо более низкий уровень и продолжает. Если возвращаться к нулевому напряжению, кривая снова поднимается на более высокий уровень.

Это вызывает умеренный интерес, но представляет головную боль, если вам нравятся хорошие ровные графики. Впрочем, специалисты быстро выяснили, что добавление в раствор незначительного количества мыла или яичного белка снимает проблему. Очень немногие специалисты по полярографии продолжали сохранять интерес к тому, что происходит во время максимума. Вскоре выяснилось, что значительное усиление тока обусловлено тем, что капелька ртути чрезвычайно быстро вращается, перемешивая окружающий раствор, а это означает, что поступает больше атомов кислорода, на которые могут перепрыгивать электроны. Если увеличить отрицательное напряжение, ртуть перестает вращаться, и сила тока снижается до обычного уровня, ограниченного диффузией. Почему происходит это перемешивание и, еще важнее, что заставляет его прекращаться, остается неясным до сих пор. По какой-то причине это явление, не представляющее никакого интереса из-за его несущественного значения, привлекло мое внимание. Я решил выяснить, в чем дело.

В то время я проводил летние месяцы, работая в Москве, и регулярно посещал огромное здание «Дома книги». Там, на первом этаже с правой стороны, был отдел, где продавались русские научные книжки в переводах на иностранные языки. Возможно, самым ярким проявлением советской плановой экономики было чрезвычайно нерациональное использование ресурсов в сфере образования. На практике это означало, что происходил перевод сотен научных книг на десятки странных языков, причем продавались они по смешным, я бы даже сказал, абсурдно низким ценам. Оборотной стороной плановой экономики было то, что конкретная книга могла утром появиться на прилавке в большом количестве, а к вечеру полностью исчезнуть из продажи. Мой друг математик Эдуард Ерамян дал мне четкое указание скупать все. Так я и делал, периодически отправляя ему большие посылки, облепленные почтовыми марками, заодно пополняя и собственную коллекцию.

Так у меня появилась возможность проверить, как я это называю, «правило абзаца». Почти в каждой научной книжке есть место, обычно как раз длиной в один абзац, где манера автора точно совпадает с манерой понимания читающим, и именно этот абзац воспринимается правильно и запоминается надолго[79]. Сложность заключается в том, что надо прочитать сотни книг, чтобы отдельные абзацы постепенно сложились в картину, охватывающую все области интересов – как флаеры, разбросанные по футбольному полю. Именно этим на протяжении десяти лет я и занимался, осваивая физику твердого тела на студенческом уровне.

Из этого интеллектуального коллажа я извлек долгосрочную пользу рудиментарного понимания поведения электронов в металлах и полупроводниках, что и попробовал применить для решения проблемы максимума. Я чувствовал, что она каким-то образом должна иметь отношение к электронам в металлах. Как мы видели раньше, электроны в металлах располагаются на своих энергетических уровнях как жидкость в сосуде, заполняя каждый из них определенной энергией. Но при любой температуре выше абсолютного нуля начинают возникать осложнения: у этой жидкости есть, так сказать, шапка пены, в которой электроны под влиянием теплового возбуждения перепрыгивают с одного уровня на другой. Чем теплее металл, тем выше шапка этой электронной пены. Пена размывает границу между пустыми и заполненными уровнями в металле, и это объясняет, почему Яклевич и Ламбе занимались туннельной спектроскопией в жидком гелии.

Я решил, что неплохо опубликовать результаты, а поскольку большая часть того, что я узнал про физику, пришла из России, я направил статью в московский журнал «Электрохимия», где ее приняли в качестве краткой заметки.

И однажды вечером в 1989 г. меня осенило: электроны прыгают в этой шапке вверх-вниз потому, что уносят с собой квант тепла от металла. Предположим, один такой электрон прыгает в раствор сразу же после того, как набрал тепло. Он уносит с собой квант тепловой энергии металла, поэтому ртуть остывает. И наоборот: если такой прыжок совершит электрон в глубине металла, он не унесет с собой ни кванта тепла, а потому его переход в раствор не понизит температуру металла. Помнится, я встал в три часа ночи, чтобы записать эту мысль. Это объясняет все характеристики полярографического максимума: если увеличивать напряжение в отрицательном направлении, первыми в кислород будут прыгать горячие электроны, а это является причиной разницы температур в ртутной капле, что, в свою очередь, вызывает изменения в поверхностном натяжении[80], а они и вызывают вращение. При увеличении отрицательного напряжения вы проходите сквозь электронную пену в жидкое вещество, и охлаждающий эффект, вращение и ток прекращаются. Пользуясь авторитетом Пастеровского института, в котором мне полагалось заниматься совсем иной тематикой, я обратился в фирму Roucaire Instruments, французского поставщика полярографов, с просьбой одолжить мне прибор, чтобы проверить свою гипотезу. Пару недель я потратил на эксперименты, которые заключались в том, что я обматывал несколькими витками реостатного провода стеклянную трубку у того места, откуда выпадали капли, и постепенно нагревал ее: максимум исчез.

Я решил, что неплохо опубликовать результаты, а поскольку большая часть того, что я узнал про физику, пришла из России, я направил статью в московский журнал «Электрохимия», где ее приняли в качестве краткой заметки. Статью я написал, разумеется, по-английски, и ее перевели на русский язык. Обратился я в русский журнал еще и потому, что знал, что у них выходит англоязычная версия, и мне было любопытно, как два последовательных перевода (русскими учеными, работавшими за копейки) повлияют на мою статью. Они значительно ее улучшили.

Белковые полупроводники

Во время этого изучения максимума я обратил внимание – как каждый, занимавшийся этим же, заметил бы рано или поздно – что при добавлении в раствор белка капли ртути не сливаются в одну большую массу, а остаются на дне мензурки как металлическая икра. Вскоре после этого я наткнулся на примечательную и малоизвестную статью японского электрохимика по фамилии Шинагава, в которой говорилось, что, когда капельки ртути обволакиваются белком, электроны, устремляясь в раствор, проникают через эти белки. Шинагава описал переход электронов через белки как «полупроводимость» – буквально электризующее слово для таких биофизиков, как я. Я знал, что такие великие умы, как Альберт Сент-Дьёрди, лауреат Нобелевской премии, первооткрыватель витамина С и типичный индивидуалист, всю жизнь искал экспериментальное подтверждение полупроводимости белков и так и не нашел.

Решение пришло ко мне сразу: поскольку капли ртути а) покрыты слоем белков и б) отказываются сливаться, почему бы не создать контакт между двумя каплями в колбе, присоединить к ним провода и посмотреть, пойдет ли ток? Первые опыты оказались разочаровывающими. При напряжении около нуля небольшой ток появлялся, но при изменении его в ту или другую сторону проводимость не возникала. Шинагава предлагал растворить в ртути небольшое количество другого металла, чтобы облегчить течение тока. Я растворил один процент цинка в одной из двух капель и – presto! – система стала вести себя как электронный компонент, известный как диод Шоттки. Устройство было быстро запатентовано[81] институтом, в котором я в то время работал. Почти наверняка оно не имеет особого практического применения, но, подобно собаке д-ра Джонсона, удивительно, что оно вообще действует. Эксперимент убедил меня, что, если белки действительно являются полупроводниками, то в таком случае эволюция могла использовать это их свойство в нашем носу. В то время все восхищались «электронными носами», которые определяли одоранты с помощью тонких полосок полупроводников. Я понял то же, что и любой биолог: если мы смогли создать это, значит, эволюция уже создала это миллиард лет назад.

Для того чтобы решить проблему «структура – запах», которая, как мы уже поняли, является биологической, нужно, как минимум, иметь представление о трех вещах: (1) о биологии, (2) о структуре и (3) о запахе. Каждое по отдельности освоить не сложно[82]. Чтобы получить степень по биологии, нужно три года, знакомство со всеми материалами, имеющими отношение к проблеме «структура-запах», потребует несколько месяцев, а разнюхать все, что вам нужно разнюхать в парфюмерной лаборатории, вообще вопрос нескольких дней. Проблема в том, что мало кто проходит пункты 1 и 2, а из них очень мало получают шанс пройти и пункт 3. Мне удалось пройти 3-й пункт во многом случайно. В те годы, а отчасти и сейчас, мысль о том, что парфюмерия является серьезным видом искусства, считалась эксцентричной, а для мужчин была очевидным признаком некоей женоподобности.

Парфюмерный гид

В 1992 г., в промежутке между работами и несколько страдая от безделья, я решил написать путеводитель по ароматам. Подтолкнул меня к этому мой друг Дэвид Армстронг, который, явно устав от моих лирических рассуждений о парфюмах, предложил привести мысли в систему и изложить их на бумаге. Я обосновался в парижской квартире своей матери и набросал несколько обзоров, после чего начал ходить по издательствам в надежде, что кого-нибудь это заинтересует. Единственным издателем, проявившим интерес, был владелец маленькой фирмы, который начал выпускать серию путеводителей по тайным удовольствиям (виски, предметы роскоши и т. п.) и хотел продолжения. Мне заплатили какие-то крохи, обложку сделали какую-то кошмарную, но книжку напечатали и распродали.

Вряд ли в то время я мог представить, что эта маленькая страшная книжица откроет для меня так много дверей. Начнем с того, что ее прочитали парфюмеры и, никогда не слышав моей фамилии, решили, что ее написал кто-то из «своих» под псевдонимом. В конце концов, кто еще может так серьезно относиться к парфюмерии? Недоразумение прояснилось, когда парфюмер Жиль Роме из Quest International пригласил меня на встречу с мастерами. Мы прекрасно провели время: они были рады поговорить с человеком, которому нравится их работа, а я чувствовал себя как мальчишка в кондитерской лавке. Когда они по глупости поинтересовались, что могут для меня сделать, я ответил: «А можно мне провести неделю в лаборатории?» Вскоре мне был предоставлен свободный доступ. Парфюмерная лаборатория – весьма странное место, своего рода аптека ароматов. В компании Quest пять или шесть женщин в лабораторных халатах сидят на рабочих местах с пипетками и электронными весами. Перед каждой большая страшная металлическая штуковина вращает ряд полок с помощью цепного механизма на электроприводе. Таким образом у них под руками может оказаться любой из трех с чем-то тысяч флаконов. На каждом рабочем месте – телефон, по которому парфюмер делает заказ. Заказ представляет собой длинный перечень сырьевых материалов, каждый со своим весом в формуле. В глубине лаборатории – холодильник, где и хранятся все материалы: множество полок с флаконами, банками, бутылками. В холодном воздухе господствует тот особый запах, который, по-моему, объединяет все парфюмерные компании – своего рода неописуемый химический тутти-фрутти, скорее многокрасочный, чем приятный. За неделю «работы» я, помимо того, что узнал все сплетни про парфюмеров, сделал себе ускоренный курс по категориям запахов и дескрипторам. Когда сомневался, то спрашивал окружающих. И ушел оттуда с ощущением счастливого человека.

В 1992 г. обонятельные рецепторы уже были открыты, но не существовало прямого доказательства, что они действительно чувствуют молекулы. Я чувствовал, что здесь много места для размышлений и, будучи сотрудником института Пастера, решил совместить проект по изучению протекания электронов через белки с выяснением, не влияет ли на этот процесс присутствие маленьких молекул запаха. Это был чисто биофизический проект. Многие важные решения в нашей жизни принимаются из эстетических, порой даже сентиментальных соображений. Мне нравилась биофизика как социологический и одновременно научный феномен. Она была очень развита в России, и я проводил там много времени. До распада СССР страны Варшавского договора почти полностью контролировали этот рынок. У них был избыток чрезвычайно грамотных специалистов по физическим наукам, и в 1960-е гг. многие из них переместились в область биологии. Главным условием для существования биофизиков оказалось, судя по всему, избыточное количество физиков, которые по тем или иным причинам находили для себя неудовлетворительной атмосферу чистой физики и следовали примеру Шредингера[83] в надежде колонизировать богатые земли биологии.

Осмотревшись, они верно отметили, что большинство биологов прискорбно невежественны в точных науках, но сделали из этого неверный вывод, что это является причиной замедленного развития биологии. На самом деле биологи, действительно, никогда не принадлежали к интеллектуальной элите. Мне ли это не знать – я сам такой. Но нельзя оспорить тот факт, что Жизнь – самый трудноразрешимый и сложный феномен из всех известных. Попытка реконструировать жизнь – сложнейшая проблема даже для выпускников института Ландау. Распад СССР имел двойственный эффект. Он стал причиной массового исхода биофизиков Восточного блока, а затем – временного сокращения оборонных бюджетов Запада, что внезапно сделало очень привлекательной область биомедицины. Действительно, пока мы не решили проблему рака, дегенеративных заболеваний или смерти, биомедицина – это то, во что вкладывают деньги, а Наука гораздо ярче процветает вблизи финансовых источников.

Финансы с неба

Как бы то ни было, меня тоже интересовали деньги биофизики. Где искать? Один американский коллега подсказал, что Управление военно-морских исследований США (ONR) ведет программу по запахам и финансирует проекты по всему миру. Читатели, не знакомые с тем, как функционирует наука, не смогут оценить, насколько это большая редкость. Большинство финансирующих учреждений поддерживает проекты только в своих странах[84]. Объясняют это обычно тем, что гораздо сложнее контролировать проекты, выполняемые в других странах, но с учетом того, что: а) финансирующие организации не в состоянии отслеживать проекты, которые реализуются у них под носом, и б) дешевле слетать из Лондона в Америку, чем в Эдинбург, этот аргумент не выдерживает никакой критики. Главная причина, разумеется, в том, что с деньгами идет покровительство, а феодальная система науки любит оказывать услуги там, где может получить что-то взамен.

С этой научно-исследовательской организацией ВМС США я уже сталкивался несколькими годами ранее на одном конгрессе. Я стоял в опустевшем зале рядом с большим плакатом, информирующем о моей работе, чувствуя себя как проститутка на излете карьеры, и вдруг ко мне подошел представительный мужчина лет сорока пяти, в темном костюме. Некоторое время он изучал плакат, потом обернулся ко мне. У него была странная дикция со сжатыми челюстями, характерная для образованных русских, владеющих американским английским. Он спросил, нет ли у меня возражений против того, чтобы его организация оказала финансовую помощь моей работе. Естественно, мы разговорились. Его звали Игорь Водяной, он был биофизиком, уроженцем России, и в тот момент занимал должность руководителя программ финансирования ONR. Когда я подал заявку о запахах, он продолжал занимать прежнюю должность. Верная своему военному статусу, ONR, как была, так и остается роскошно недемократической организацией, в которой решения принимает капитан, а не собрание экипажа. Поскольку ни я, ни Игорь Водяной не имели никакого отношения к академическим исследованиям в области запахов, я с удовольствием могу сказать прямо: он, пожалуй, оказал большее влияние на развитие ольфакции, чем любой другой ученый, работавший в этой области. В принципе, то, что хотел профинансировать Игорь Водяной, и то, что ему понравилось, оказалось самым интересным исследованием в этой области. Приятным бонусом к этому прилагались ежегодные встречи Грантополучателей в Маринленде, причудливом, сохранившемся с 1950-х гг. прообразе воплощения всех самых амбиционных стремлений. Я подал заявку на скромную сумму и получил ее.

В начале 1993 г. я перебрался в Лондон и вернулся на мою прежнюю кафедру, которой тогда руководил лучший завкафедрой из всех, кого я знаю – Джеффри Бернсток. Для него была характерна необычная позиция, согласно которой разнообразие является источником всех удовольствий, и что его (огромная) кафедра анатомии достаточно велика, чтобы дотянуться до хвоста кривой Гаусса и приютить людей, которые занимаются странными делами за небольшие деньги. Нужно понимать, что университеты являются некоммерческими организациями только в одном узком смысле: они тратят все, что получают.

Цена возможности пригласить человека, который проводит исследования задешево, проста: пространство должно быть предоставлено тому, кто делает это задорого и приносит гораздо больше денег в систему[85]. Бернстока не очень впечатлила сумма моего гранта, но остальное его вполне устроило.

Я начал подготавливать технику, создал себе симпатичное устройство для получения белковых диодов, и принялся проводить не очень обнадеживающие эксперименты. Во многих случаях, когда дела шли уж совсем тяжко, я удалялся в библиотеку что-нибудь почитать и привести в порядок мозги. И где-то ближе к концу 1993 г. наткнулся на статью под названием «Простейший спектрометр неупругого туннелирования электронов»[86], в которой доступным инженерным языком объяснялось, как построить прибор Яклевича – Ламбе. Я никогда раньше не слышал про неоптические спектрометры и был поражен. Пока я читал, как все это устроено, в голове появилось несколько интересных мыслей.

1. Ты можешь заняться спектроскопией с электронами.

2. Но белки тоже могут заниматься электронами.

3. Рецепторы запаха – белки.

4. Никто еще не говорил, что нос работает как спектроскоп?

5. Возможно, так оно и есть.

Я с самого начала понял, что за этим кроется нечто серьезное, и немедленно приступил к работе. Вскоре оказалось, что это гораздо интереснее, чем делать сэндвичи «ртуть-белок-ртуть». Но мне нужно было убедить грантодателей, что имеет смысл заниматься именно этим, а не первоначальным проектом. В мае следующего года, на Маринленде, я представил небольшую статью, в которой, в частности, говорилось: «Я разработал простой прибор с компьютерным управлением, который позволяет изучать <…> белковые монослои между каплями ртути в водной среде. Я предлагаю представить предварительные данные, полученные с использованием этого прибора, и обсудить их отношение к теории ольфакторного восприятия, с особым акцентом на открывающиеся возможности идентификации запахов с помощью спектрометра неупругого туннелирования электронов». Обратите внимание на элегантный незаметный прием смены темы. Ведущим спикером была Линда Бак, и ее сенсационное открытие рецепторов произвело огромное влияние на эту область. Мои размышления по поводу колебаний остались незамеченными – никто, по сути, не был ни за, ни против – поэтому я вернулся из Флориды и решил полностью погрузиться в работу.

Откровение в Португалии

Следующие шесть месяцев я потратил на поиски простого решения, которое прояснило бы для меня раз и навсегда, имеет ли вообще механизм колебаний отношение к распознаванию запахов. Вслед за Дайсоном я обратил внимание на странное совпадение между валентными колебаниями группы SH и запахом тухлых яиц. Как и Дайсон, я ничего не знал о боранах. Впрочем, в отличие от Дайсона, я вскоре узнал о них из книги, которую нашел на нижней полке в старой и пыльной книжной лавке в Лиссабоне. В книге объяснялось, как рассчитать колебания исходя из массы и жесткости связи, и приводились данные о жесткости C-H и B-H связей. B-H связь оказалась менее жесткой, и это навело меня на мысль о том, не достаточно ли этого для того, чтобы колебания группы C-H с волновым числом 3000 сдвинуть в диапазон 2500, соответствующий B-H. Я ввел формулу в портативный калькулятор, ввел данные и получил 2550! Вернувшись в Лондон, я попытался приобрести бораны, но они все оказались, во-первых, смертельно опасными, а во-вторых, нестабильными. Потом я нашел декаборан – единственный, сохраняющий стабильность в воздухе при комнатной температуре. Компания Sigma, любимый поставщик биологов, имела его у себя и наутро доставила мне. Разумеется, у него был запах тухлых яиц, на что обратил внимание Шток еще несколько лет назад. Меня это устраивало.

Потребовалось несколько дней, чтобы прийти в себя от возбуждения, пережитого после первой встречи моего носа с декабораном. Затем я начал думать про энантиомеры. Поскольку в то время карвоны уже приобрели статус знаменитостей, я заказал по порции каждого и начал честно к ним принюхиваться. Их запах часто описывается как запах мяты и тмина, но гораздо более точным для одного будет определение МЯТНО-тминный, а для другого – мятно-ТМИННЫЙ. Одновременно я читал всю, какую только мог найти, литературу по туннельной спектроскопии, и вскоре наткнулся на кое-что любопытное. К. Джон Эдкинс, специалист по физике низких температур из Кавендишской лаборатории Кембриджа, опубликовал ряд статей, в которых тщательно разбирал и анализировал механизм туннельной спектроскопии. Он также сообщал об экспериментах, в которых определенные колебания, которые должны быть видимыми, таковыми не оказывались, и выдвигал предположение, что причина этому – геометрический фактор, из-за которого электроны разлетаются не в том направлении.

Понять, как это работает, несложно. Как мы видели, электроны пролетают промежуток, сталкиваются с молекулой, вызывают ее колебания и теряют энергию. Столкновение изменяет направление их движения, равно как и энергию. Иными словами, они отклоняются и замедляются. Если отклонение их курса составит 90 градусов, они не смогут преодолеть промежуток: нет тока и нет вибрации. Это меня очень заинтересовало, потому что из этого следует, что некоторые колебания могут оказаться невидимыми для спектроскопа в носу. Имея дело с энантиомерами, легко представить две молекулы, связанные таким образом, что группа на одной или другой молекуле окажется невидимой. Но какая? Глядя на карвоны, ответ появляется сам собой. Главная характеристика карвонов, палец этих хиральных молекул, это группа С=О. Ее два атома несут самые сильные заряды, и ее замечательная сильная валентная вибрация всегда выделяется из спектра как больной палец. Предположим, вы ощущаете запах С=О в одной, но не ощущаете в другой, и это определяет разницу между запахом мяты и тмина. Как это проверить?

Первым делом я приобрел ацетон, спектр которого состоит почти полностью из участков С=О. Читателю, никогда не проводившему такой тест, это может показаться странным, но если нюхать ацетон, то мятный карвон и тминный карвон как бы несколько раз меняются местами, и вскоре складывается уверенное впечатление. Что ацетон представляет собой разность между двумя карвонами, как желтый цвет представляет собой «разность» между синим и зеленым. Подвергать других людей такому финансируемому государством оскорблению растворителем – немного слишком, поэтому лучше провести другой эксперимент. Я решил смешать ацетон и мятный карвон, чтобы получить тминную смесь. Это работает несколько секунд, но ацетон испаряется слишком быстро, так что эффект улетучивается. Я пробовал более тяжелые аналоги ацетона – пропанон и бутанон, которые испаряются не так быстро, но запах все равно получался очень «кетонный»[87]. Довольно скоро я убедился, что смесь мятного карвона и бутанона в соотношении 3:2 очень приятно пахнет тмином.

Эксперименты в запертой комнате

Гораздо более серьезный вопрос с изотопами. Хотя я не нашел ни одного человека, кто публично бы заявил, что изотопы пахнут идентично, каждый, с кем я разговаривал, судя по всему, в этом не сомневался. Кажется, у людей нет подтверждений, что изотопы пахнут по-разному. Единственное исключение – утверждение, что H₂S и D₂S пахнут одинаково, но это абсолютно ничего не значит из-за того, что изотопы очень быстро меняются, как только вещество оказывается в носу. В начале 1995 г., когда я стал этим заниматься, я еще не знал о работе Клифтона Мелоэна с насекомыми. Но я был самонадеян и полагал, что смогу сам создать для себя запах. Работа моя облегчалась тем, что в то время химикам стало доступно большое количество изотопов, которые они использовали для химического анализа, преимущественно в ядерном магнитном резонансе. Если у вас есть химическое соединение в растворе, и вы хотите определить его структуру с помощью водородного ЯМР без помехи со стороны растворителя, вам нужно лишь убедиться, что растворитель содержит только атомы дейтерия, поскольку они становятся невидимыми для прибора.

Я начал изучать каталоги поставщиков, чтобы найти полностью дейтерированную версию распространенных сырьевых материалов для парфюмерии. Вскоре я наткнулся на ацетофенон, о котором в «Библии» Арктандера говорится, что он обладает «остро-сладким ароматом, в растворе напоминающим боярышник или резкий запах цветков апельсина». Фирма Aldrich предлагала его в полностью дейтерированной, или «d₈» форме. Я заказал грамм этого вещества и сто граммов гораздо более дешевого обычного. Мне все привезли на следующий день. Я запер дверь, чтобы меня не беспокоили. Если в ближайшее время мне суждено будет убедиться, что я полностью заблуждался, лучше, чтобы рядом не было свидетелей. Я осторожно вскрыл флакончик с «d₈», окунул в него блоттер, другой – в нормальный, и приступил к делу. Первое впечатление было поразительным: они пахли по-разному: дейтерированный казался менее сладким, более разбавленным. Однако спустя несколько подходов запахи стали более сходными, их было почти невозможно различить. Я позвонил коллеге, химику-флейвористу Чарльзу Селлу, рассказал об этом, и он сухо, хотя и вполне разумно, ответил: «примеси». Он предложил мне воспользоваться его газовым хроматографом для анализа запахов, и мы договорились о встрече. Примерно через неделю я отправился в Эшфорд с моими образцами. В сопровождении Кена Палмера, главного лаборанта Чарльза Селла, я попал в подвал, где располагался хроматограф. Кен запустил в аппарат «d₈», подождал минут пятнадцать, а затем выпустил чистый «d₈» с другого конца. После чего сразу же воскликнул: «Это другое! Я знаю этот запах много лет, это не ацетофенон!» Мы запустили образец обычного вещества и на выходе он пах как обычно. Я был вне себя от радости, мы поспешили наверх поделиться новостью с Чарльзом и его коллегами. К моему удивлению, они не проявили особого интереса, и я отправился в Лондон. В вагоне поезда две девушки, сидевшие через проход, нюхали парфюм на запястье друг у дружки, и я подумал: «Я понял, как это работает».

Я начал собирать факты, делал расчеты и постепенно формулировал идеи, необходимые для того, чтобы написать Важную Статью о Колебаниях. Внезапно я обратил внимание на нечто странное: всех искренне интересовало, чем я занимаюсь. Это было новое ощущение. Все, чем я раньше занимался в науке, интересовало исключительно меня и, в лучшем случае, небольшую группу людей, специалистов в этой же области. Предыдущими научными темами у меня были pH-чувствительность межмолекулярных переходов с малым сопротивлением, стабильность мембраны, обрызганной фторидом, движение липид-растворимых ионов через плотные мембранные переходы и т. п. Ничто из этого не могло быть темой увлекательной беседы. Другое дело – запах. Все очень оживлялись, когда я объяснял, чем занимаюсь. И это возбуждение, казалось, распространяется по невидимым каналам. Перед 1 марта 1995 г., когда пришло время мне начинать свой первый семинар на кафедре, я сделал нечто странное: вместо того, чтобы просто заказать для семинара аудиторию человек на сорок, чего обычно бывало вполне достаточно, я еще зарезервировал соседнюю лекционную аудиторию, вмещающую как минимум полторы сотни. У меня не было для этого веских причин, но инстинкт подсказал, что это может пригодиться. И я оказался прав. Семинар должен был начаться в час дня, но уже за десять минут до этого аудитория оказалась переполнена, и нам пришлось перебираться в лекционную. К часу и она оказалась почти полна. Доклад прошел хорошо, и примерно через полчаса после окончания ко мне подошла очень умная и обладающая большим чувством юмора коллега, Кэнди Хассал, и сказала, что испытывает огромное чувство облегчения от того, что я «не свалял дурака», потому что «очень многие на это надеялись». Это оказалось для меня неожиданностью, вероятно, раздраженной реакцией на загадочные слухи.

В науке существуют три типа вопросов: те, которые волнуют только специалистов (99 % в целом), те, которые волнуют всех (рак, новая вакцина от гриппа, антималярийные средства и т. п.) и третья, самая загадочная категория: вопросы, на которые все хотели бы знать ответ, но никто не осмеливается их задать. Вот пример: в детстве мне хотелось выяснить, откуда взялись разные языки, как вообще возникла речь. Был ли какой-то Ursprache, от которого все пошло? Помню, я расспрашивал мать, и она постепенно нашла мне книжку о лингвистике для дилетантов. Книжка оказалась скучной, там рассказывалось о структуре предложения и фонетических трансформациях. Вопрос о происхождении языка в ней вообще не затрагивался, хотя, казалось бы, это первое, что должно было бы заинтересовать ребенка. Спустя сорок лет (в апреле 1991 г., если быть точным) я наткнулся на статью в Atlantic Monthly, озаглавленную «В поисках праязыка», в которой описывалось, как небольшая группа дерзких лингвистов осмелилась задаться этим детским вопросом и, более того, осмелилась на него ответить. У меня мурашки по телу побежали (сигнал: «Внимание!»), когда я начал ее читать. В статье рассказывалось, как несколько русских и один американский лингвист использовали комбинацию классического (фонетического) и современного (сравнительный анализ лексики) методов для реконструкции слов языков, исчезнувших 15 000 лет назад. Примечательна была кипящая ненависть, которую вызвали их поиски у коллег. Это казалось совершенно необоснованно. В конце концов, если эти смелые исследователи были так демонстративно и абсолютно неправы, то не оставить камня на камне от их аргументации не составляло бы никакого труда. Как позже оказалось, проблема, в принципе, нерешаема, потому что примерно через 10 000 лет языки разошлись настолько, что стали практически неузнаваемы, и поэтому продолжение копания в глубину, по существу, ничего не дает. Я рассказал об этом своему другу Уолтеру Стюарту, и его комментарий мне никогда не забыть. Он сказал, что существуют три типа ответов, соответствующих трем типам вопросов, которые я перечислил. Ответы скучные, если правильные (99 %), ответы интересные, если правильные (рак и пр.) и последняя категория, которую он примечательно поставил на первое место – интересные, даже если неправильные. В ближайшие десять лет мне предстояло очень тесно со всем этим познакомиться. Если бы в 1995 г. (или, по крайней мере, до 2005 г.) кто-нибудь предсказал мое будущее, думаю, я бы взял несколько выходных дней на подготовку.

Шум распространялся быстро. Завкафедрой Джефф Бернсток после моего успешного доклада решил, что вполне можно обратиться к президенту колледжа (Университетский колледж Лондона) с просьбой продлить контракт со мной еще на два года. Это надлежащим образом было сделано, благодаря небольшой доле везения. Президент (или Провост, как его тут называют) Дерек Робертс, много лет назад в компании General Electric занимался устройствами для изучения туннельного эффекта и был безмерно рад узнать, что некоторые физические и инженерные идеи, с которыми он был близко знаком, нашли неожиданное применение в области запахов. Через несколько дней он пригласил меня в свой кабинет. Я прибыл, думая, что это будет какая-то частная беседа, но обнаружил его за огромным круглым столом в компании еще десятка людей. Сцена, на мой взгляд, чем-то напоминала военную комнату из «Доктора Странгелова». Провост вежливо попросил меня вкратце представить суть своей работы, что я и постарался сделать. Постепенно я немного пришел в себя и сообразил, что все остальные участники встречи – профессора физики, химии и биоинженерии. Затем он поблагодарил меня и медленным, плавным круговым движением указательного пальца обвел всех присутствующих и спросил, есть ли у кого существенные возражения. Никто ничего особенного не сказал, за исключением профессора физики Маршалла Стоунэма, который отметил, что идея привлекательная и внушает доверие. До сей поры у меня даже не было возможности поговорить с кем-нибудь из физиков, так что я испытал огромное облегчение. Провост отпустил меня и с тех пор оставался моим верным сторонником до тех пор, пока не ушел в отставку несколько лет спустя.

То, что произошло далее, еще более примечательно. Мне позвонила моя бывшая студентка Элисон Баум, которая работала на BBC и занималась поиском новых идей. Она спросила, не возражаю ли я, чтобы Horizon, главная научная программа корпорации, сняла документальный фильм о моей работе. Это, надо заметить, произошло еще в тот момент, когда моя статья еще даже не была написана, не говоря об опубликовании. Опять слухи. Я попросил день на размышление и отправился домой. Сидя на диване в пустой квартире в Клэпхэме, я подумал: а почему бы и нет? Я не представлял, что может повлечь за собой передача, и чувствовал себя как человек, решивший прыгнуть со скалы, но решил дать согласие по одной простой причине: если я откажусь, то никогда не узнаю, что значит прыгнуть со скалы, и буду вечно жалеть, что даже не попробовал. Потом у меня было несколько встреч с режиссером Изабель Розин, и начались съемки. Это было изумительно. У тележурналистов и их технических помощников есть нечто общее с врачами и медсестрами: они пытаются заставить тебя сделать что-то незнакомое как можно быстрее и с минимумом возражений. Ради этого они ведут себя исключительно вежливо, все время обращаются к тебе по имени и обихаживают всеми возможными способами. Пока к этому не привыкнешь (я так и не смог), ощущения настолько приятные, что многие попадаются на их удочку. Другая особенность ТВ в том, что они заранее решают, кто что должен говорить, и настаивают на своем. Никогда, ни в коем случае не имейте дело с враждебно настроенным тележурналистом, иначе пожалеете. Мне об этом можно было не беспокоиться – атмосфера была чрезвычайно дружелюбная и доминировала характерная для BBC беспристрастность.

Когда Элисон услышала про мой эксперимент с карвонами, они решила предложить его парфюмерам из парижской компании Quest и посмотреть, согласятся ли они с моим утверждением о том, что мята плюс жидкость для снятия лака равняется тмину. Им нужно было послушать ряд «хроматических» смесей с различными пропорциями бутанона, соединенного с мятным карвоном, и сказать, пахнет ли какая-нибудь из них тмином. К моему огромному облегчению (поскольку я никому еще не предлагал такого эксперимента) под включенные камеры они согласились, что смесь, близкая к той, которую я считал наилучшей, создает очень убедительную иллюзию тмина. Сюжет был снят и включен в передачу. Таким образом казавшееся несокрушимым возражение, которое погубило теорию Райта, одним ударом перешло в разряд несущественных! На самом деле все оказалось ровно наоборот! Теперь верующие в форму должны были объяснять, почему две трети всех известных пар энантиомеров имеют сходный запах.

В то же время я закончил первый вариант своей статьи и отправил его в Nature. Лучший в мире научный журнал Nature действительно в состоянии создать, а порой и разрушить карьеру. Поскольку я надеюсь, что не все читатели этой книги окажутся профессиональными учеными, несколько пояснительных слов не помешает. Почти все научные журналы посвящены какой-то одной отрасли. Журнал Nature – один из немногих, который охватывает всю науку. Научный журнал – это информационный центр для рукописей. Ученый посылает статью. Статью читает младший редактор и направляет рецензентам, которые (хочется надеяться) читают статью, осмысляют ее и пишут честный отзыв. В этом отзыве говорится, хорошая статья или нет, и дается обоснованная рекомендация – отклонить, переделать или принять к публикации. Рецензирование статей дело неприбыльное и немного занудливое. Зачем люди этим вообще занимаются? Во-первых, приятно, когда тебя спрашивают: создается ощущение, что твое мнение имеет значение. Во-вторых, и это то, что Дон Брабен называет «экспертным превью», вы получаете возможность раньше всех узнать, чем занимаются ваши коллеги. Это положение «Любопытного Тома» очень увлекательно. Наивный читатель может подумать, что на этой стадии можно воровать чужие идеи. Это правда, но происходит такое очень редко и только в областях, где существует ожесточенная конкуренция. Но зачем отправлять статьи людям, с которыми может возникнуть конфликт интересов? Ответ прост: только они в состоянии оценить их реальную значимость в данной области. Это единственный самый существенный изъян современной науки: в узкоспециализированных областях только люди, имеющие конфликт интересов, могут полностью профессионально оценить вашу работу. Идеальный рецензент должен быть честным брокером, который а) обладает достаточными знаниями, чтобы понять, о чем вообще идет речь, и б) не очень пристрастно относится к результату, к которому может привести его заключение. В последние двадцать лет наблюдается исчезновение честных брокеров, потому что наука становится все более специализированной, и у людей нет времени читать то, что выходит за рамки их научных интересов, если только они не собираются распроститься со своей карьерой.

Но если вы считаете, что специализированную статью опубликовать трудно, попробуйте предложить к публикации междисциплинарную. Почти наверняка это означает погубить все дело, все равно что попросить судей по фигурному катанию посудить хоккейный матч. А еще хуже – представить ее как гипотезу, как сделал я. В физике совершенно нормально назвать себя теоретиком. В биологии это считается извращением, типа предпочтения эротической литературы реальному сексу. В биологии распространена точка зрения, что «идеи дешевы» (плохие, разумеется), и теоретические статьи обычно передают в странные (и прекрасные) журналы типа Journal of Theoretical Biology или Medical Hypotheses. Для начала я позвонил Нику Шорту, редактору отдела биологии журнала Nature, и объяснил, о чем моя статья. Я накачивал себя несколько дней, перед тем как позвонить, и выглядел, наверное, как настоящий маньяк. Полагаю, он получал минимум по пять подобных звонков в день, но был крайне любезен; он сказал, что все это очень интересно и предложил присылать статью. Так я и сделал спустя несколько дней – и результат оказался предсказуемым. Каждому из рецензентов не нравилась та часть, которая входила в его (или ее) область компетенции, не нравилось то, что они не в состоянии оценить все остальное, а потому полагали, что работа в целом никуда не годится. Эта ситуация перетягивания каната, с участием семи рецензентов и четырех переделок статьи, тянулась одиннадцать месяцев и закончилась тем, что рукопись (значительно улучшенная, должен признать) была принята Ником Шортом и отвергнута его боссом Филиппом Кэмпбеллом на следующий день. К счастью, в это время вышел фильм BBC, и ситуация существенно изменилась. Со мной связался редактор другого журнала, Chemical Senses, который, познакомившись с отзывами рецензентов Nature и моими переделками, решил опубликовать статью. Выход в эфир программы сам по себе оказался причудливым. Это произошло на приеме для съемочной группы и друзей режиссера, и я напился так, что не мог стоять на ногах, хотя чувствовал себя трезвым как стеклышко. Это напоминало сцену расстрела, только задом наперед: пули улетают в стволы, твоя рубашка снова бела как снег, ты закуриваешь сигарету и наконец свободен. Передача потом была выдвинута на премию «Лучшая научная программа» 1995 г. Слухи даром не возникают.

Я ожидал немедленной реакции на публикацию статьи, которая вышла в 1996 г. На самом деле ничего особого не произошло. Получил несколько писем по электронке. Я пытался заинтересовать некоторые парфюмерные фирмы, предлагал проверить мою теорию. Попытка с Quest ни к чему не привела, поход к Givaudan закончился неприятностями. Разочарованный и в полной уверенности, что до конца своих дней мне суждено ждать, когда кто-то случайно проявит хотя бы малейший интерес к моей работе, я начал работать над другим проектом, который заинтересовал меня гораздо раньше, чем я занялся обонянием, а именно экспериментальным подтверждением наличия солитонов в белковых молекулах. Мне удалось получить некоторое финансирование, и я приступил к работе, хотя продолжал размышлять над теорией обоняния и при случае кое-что добавлял к сделанному. В 1998 г. в поезде «Париж – Лондон» мне повезло встретиться с независимым журналистом Чандлером Берром. Он оказался весьма любопытным парнем, мы разговорились, и я постепенно объяснил ему, чем занимаюсь. Он загорелся от моих слов о том, что принцип обоняния до сих пор остается загадкой для ученых, и спросил, нельзя ли ему написать небольшую статью для US News and World Report. Я ответил согласием, и спустя некоторое время статья выросла до размеров, подходящих для Atlantic Monthly, где он раньше публиковался. В Atlantic несколько месяцев не могли решить, стоит ли печатать материал, за это время агент Чандлера потерял терпение и продал идею как книгу в крупное американское издательство Random Hause. Тем временем мы с Чандлером оказались на научной конференции в Индии. Это был первый и единственный раз, когда меня пригласили на конференцию по обонянию, и объяснялось это тем, что с точки зрения индийцев опубликованная статья есть опубликованная статья, а слухи о том, кто при деле, а кто уже не у дел, так далеко не распространяются. Как бы то ни было, конференция оказалась очень интересной. На меня глубокое впечатление произвела квалификация молодых индийских ученых, и у меня появился шанс представить свои наработки специалистам из разных стран мира.

К моменту завершения доклада все уже предвкушали, как сейчас полетят пух и перья, и не разочаровались. Атмосфера была открыто враждебной, и многие мои коллеги в процессе обсуждения подбрасывали острые вопросы. Это нормально в небольших дозах, но может вызывать раздражение, если бомбардировка не прекращается и заметно намерение придираться к мелочам любой ценой. В переднем ряду, совсем близко от меня, сидела одна прекрасная специалистка из Нью-Йоркского университета. Она заметно напрягалась, чтобы найти изъяны в моем сообщении, и подбрасывала разные каверзные вопросы, которые я адекватно парировал. Можно добавить, что сама мысль за несколько минут найти зияющие дыры в теме, над которой человек мучительно размышлял в течение нескольких лет, выглядит довольно глупо, но что с того? В какой-то момент она решила, что окончательно подловила меня, и вскинула руку, как школьница с передней парты. Я прервался, давая ей возможность задать вопрос, что она и сделала с оттенком злорадства, как человек, понимающий, то наносит нокаутирующий удар. Вопрос заключался в следующем: если серотонин содержит ядро индола, то почему серотонин не пахнет индолом? Как оказалось, она совершила элементарную ошибку, на которую я тут же указал. Дело в том, что серотонин – нелетучее вещество. Реакция ее была потрясающей: они скрестила руки на груди в карикатурном изображении детского упрямства. К этому времени атмосфера так накалилась, что все расхохотались – то ли от ее позы, то ли от неудавшейся попытки прищучить меня, не знаю. Понятное дело, она расстроилась еще больше.

После моего выступления в Индии наступила мертвая тишина, и я занялся переходом с кафедры на кафедру. Джефф Бернсток, мой неизменный ангел-хранитель, вышел на пенсию, и его место занял молодой эволюционный биолог Найджел Холдер, который через несколько лет трагически скончается. По причинам, так и оставшимся для меня неизвестными, Холдер сразу же занял неприязненную по отношению ко мне позицию и дал понять, что наложит вето на любые попытки продления контракта. Я подал заявление на кафедру физиологии, на которой провел три безрадостных студенческих года. К моему удивлению, заявление приняли, и я перебрался. Последующие два года я занимался экспериментальной работой с солитонами. И чувствовал себя точно как человек из рассказа Э. По «Колодец и маятник». Стены сходились надо мной, просвет если и виднелся, то где-то вдалеке. Почему? Очень просто: университеты в наши дни – это бизнес, и каждый квадратный метр лабораторной площади должен приносить прибыль. Конечно, об этом открыто никогда не говорится, и у каждого коллеги есть так называемая постановка задачи со всеми постыдными банальностями, содержащими слова «знания», «мастерство», «проницательность» во всевозможных комбинациях. Но, подобно Конституции Советского Союза, в свое время наиболее либеральной в мире, но, к счастью, так никогда и не осуществленной, эти высокие принципы редко доходят до грубой реальности. После долгих размышлений я решил взять годичный отпуск, чтобы начать писать эту книгу. Моя жена Деса великодушно согласилась поддержать мое решение, и я ушел из колледжа. На кафедре первоначально пообещали представить мне какое-то лабораторное пространство, но в итоге не выполнили обещание. На помощь мне пришел профессор физики Маршалл Стоунэм и предложил местечко в отдельно стоящем здании, принадлежащем физикам – место, которым я пользуюсь и по сей день.

Через шесть месяцев «творческого отпуска» подвернулась возможность в форме запроса от технических сотрудников Guinness на проведение однодневных консультаций по обонянию в применении к ароматам. Консультации, наверное, самое скучное из всех занятий, потому что ты продаешь активы непредсказуемой ценности по фиксированной цене: за £500 ты можешь либо передать информацию, которая поможет крупной фирме заработать миллионы, и в таком случае почувствуешь себя обобранным, или можешь сообщить им не менее ценные сведения, но которые в итоге окажутся для них бесполезными, и в таком случае обобранными они посчитают себя. Как бы то ни было, я постарался быть максимально полезным. Под занавес встречи меня спросили, можно ли создать лимон со стабильной кислотностью.

Кому интересен лимон со стабильной кислотностью? Все очень просто. Когда вы делаете лимонад, выдавливая лимонный сок, вы смешиваете два вещества. Которые природа тщательно держит по отдельности, а именно цитраль в масляных везикулах цедры, и лимонную кислоту в мякоти. Цитраль – ненасыщенный альдегид, а потому химически довольно активный. Под воздействием кислоты молекула кусает себя за хвост и превращается во множество других соединений, которые, к сожалению, имеют довольно противный запах, типа горелого бакелита. Это означает, что при добавлении искусственного лимонного ароматизатора (преимущественно цитраля) в лимонад (кислая вода), продукт в течение нескольких недель приобретает запах перегоревшего предохранителя, срок хранения его невелик, а это стоит денег. Лимон со стабильной кислотностью? Я слышал об этом несколько раз, и будучи уверенным, что только цитраль имеет запах лимона, и люди много лет пытались это сделать. Я сказал – нет.

Затем я уехал домой, начал об этом думать и довольно быстро понял, что поторопился сказать, что это невозможно. В это время я уже разработал примитивный алгоритм для расчетов и сравнения молекулярных колебаний, как раз писал на эту тему статью, и только что закончил раздел, посвященный сандалам. Одним из сандалов был прекрасный продукт компании Givaudan под названием Javanol[88]. Яванол – производное от сандаловой молекулы под названием брахманол, в которой две двойные связи просто замещены трехчленными углеродными кольцами под названием циклопропаны. Это довольно существенное изменение формы, и сделать это совсем непросто, но аромат напоминает запах сандалового дерева. Givaudan великодушно предоставила мне образец, и я смог лично проверить сходство яванола с родительским веществом. Затем я посчитал колебания яванола и брахманола и обнаружил, что они невероятно схожи. И в этот момент меня осенило: почему не сделать то же самое с цитралем? Дополнительный углерод не даст молекуле укусить себя за хвост и – voilà! – есть лимон со стабильной кислотностью.

В то время как я обдумывал эти возможности, к нам на ужин приехала друг семьи, предприниматель из Америки Джеки Грант. Она поинтересовалась, чем я занимаюсь, я рассказал про идею с лимоном, и реакция последовала незамедлительно: «Из этого можно сделать бизнес!» Тогда мы и решили потратить некоторую сумму на создание лимонной молекулы, нашли химическую лабораторию, которая взялась выполнить контракт, и через несколько недель молекула прибыла ко мне по почте. У нее был запах лимона. Я поместил небольшое количество в раствор соляной кислоты, сделал то же самое с цитралем, ушел, вернулся через полтора часа и обнаружил, что цитраль воняет, а наше новое вещество пахнет прекрасно. Джеки уже вернулась в США, я рассказал ей новость. Помнится, она спросила, не буду ли я возражать, если она найдет инвесторов, чтобы создать компанию на основе этого продукта. Разумеется, я согласился. Она нашла деньги и мы начали новую жизнь в реальном мире парфюмерной индустрии.

Мы назвали компанию Flexitral и вскоре создали свой сайт. Следующий год был потрачен на вхождение в курс дел, выяснение, что и как нужно делать, а для меня он еще стал, как мило выражается наш главный химик, «самым дорогим в истории курсом получения высшего химического образования». К тому времени интернет уже был повсюду, а идея о создании виртуальной компании из мелких частей, разбросанных по всему миру, уже давно присутствовала во всех курсах бизнес-образования. Но разница для таких новичков, как мы, заключалась в наличии поисковых машин. Которые за считанные миллисекунды могла найти для чего угодно и где угодно. Вскоре мы нагуглили две химические лаборатории, одну в Лафбооро, другую в Москве, и они стали заниматься нашей продукцией. Очень быстро у нас появилась другая молекула – лиораль, материал для запаха ландыша.

К тому времени, когда мы были готовы демонстрировать наши продукты парфюмерным и флейвористским компаниям, вышла книга Чандлера Берра (январь 2003). Она вызвала необычайную и крайне противоречивую реакцию. Сначала о хорошем. Все в отрасли прочитали ее и многие подумали, что это шикарный анекдот. К тому же в книге гораздо более четко, чем в любой научной статье, объяснялось, что все теории обоняния, основанные на форме молекул, в чем-то глубоко ошибочны. Это и так понимали, но благодаря книге эта мысль, вместо того, чтобы продолжать сидеть, забившись в угол задом, вырвалась на простор. Я допускал, что это может рассердить некоторых химиков, но что из этого? Кроме того, компания Flexitral устраивала не презентации идей, а реальных продуктов, расфасованных в флакончики по 10 мл. И это были не редкие молекулы, которые искали и не могли найти за годы исследований, связанных с формой. Одна понюшка стоит тысячи слов. Некоторые решили, что не имеет значения, как мы нашли их, главное, что нашли. Другие полагали, что нам просто повезло, но после второго-третьего визита это предположение развеивалось. Мне было любопытно читать лекции в рамках деловых визитов: химики, присутствовавшие среди приглашенных, часто во время доклада сидели хмурые, как тучи, но практически никто не высказывал открытой критики. Их коллеги и руководство научно-исследовательских подразделений делали собственные выводы. Как говорится, молчание – знак согласия.

А теперь о плохом. Первое, что случилось и о чем даже два с половиной года спустя вспоминаю с болью – мы разошлись с близким другом. Он возражал против негативного его изображения (под псевдонимом) в моей книге и обвинил меня в том, что я не удалил соответствую часть. Честно сказать, я просто не обратил внимания и решил, что в любом случае описание фактически является правдой. Потом раздражение накатилось с научной части. Журнал Nature опубликовал критическую статью Эвери Гилберта, психологом, специализирующемся в области восприятия запахов. Эта статья была просто нечто: «Теория колебаний последние три десятилетия пребывала в спячке из-за отсутствия убедительного биологического механизма для конвертации межмолекулярных колебаний в нейронную деятельность. Однако недавно она была воскрешена физиологом и парфюмерным критиком по имени Лука Турин. Совершенно неубедительное предложение Турина, тем не менее, представляет собой очаровательное попурри из творчества, догадок, экстраполяций и разрозненных наблюдений. И его наглости: универсальная теория обоняния, основанная на ольфакторных ощущениях одного человека».

Затем, примерно через год, подоспело pièce de résisance. Журнал Nature Neuroscience опубликовал статью Лесли Восхолл и ее коллеги, Андреаса Келлера, задачей которой было показать ошибочность моей теории, поскольку обычные люди, которым было предложено сравнить запахи пары изотопов одной конкретной концентрации, не смогли почувствовать разницу. Статья хорошо написана, содержит аккуратные формулировки и представляет собой ценную информационную точку в продолжающихся дебатах, в ходе которых сторонники разных позиций взвешенно подходят к аргументам противников. Никто не будет спорить, что влияние изотопов, хотя и присутствует (по моим оценкам), но чрезвычайно тонкое, и найти пару изотопов (одинаковой формы, с различными колебаниями) с кардинально различающимся запахом было бы большой удачей. Однако в журнале Nature Neuroscience решили, что вопрос закрыт. В необычайной редакционной статье, сопровождающей публикацию, анонимный автор громогласно и торжественно заявил: «Статья Келлера и Восхолл на стр. 337 этого номера необычна; она представляет собой опровержение научной теории, пусть и соблазнительной, но практически не пользующейся доверием в научных кругах. Единственная причина, по которой авторы провели исследование или по которой Nature Neuroscience опубликовала их статью, это невероятная – и недопустимая – реклама, которую получила эта теория со стороны падких на сенсации журналистов». Любопытно отметить. Автором этого текста оказался Чарльз Дженнингс, редактор-основатель Nature Neuroscience, который в 1995 г., когда я представлял свою статью в Nature, был младшим редактором, ответственным за работу со статьями по нейробиологии. Эффект от этой редакторской статьи оказался, очевидно, не тем, на что рассчитывали Nature Neuroscience и Чарльз Дженнингс. Я начал получать электронные письма от аспирантов и постдоков со всего света, которые, прочитав все это, немедленно заподозрили, что там о чем-то умалчивается, полезли в первоисточники, чтобы узнать, как все обстоит на самом деле, и чрезвычайно заинтересовались. Один из них, аспирант МТИ, заинтересовал своего руководителя, и теперь группа под руководством профессора Шугуана Чжана планирует проверить мою теорию непосредственно на реконструированных рецепторах. Кстати говоря, если вдуматься, любая интересная теория должна получать ту или иную рекламу, потому что это подстегивает ее подтверждение или опровержение. В Nature совершенно необоснованно поспешили, заявив после публикации одной статьи, что «вопрос закрыт». Недавно в компании мы провели аудит всех химических разработок, проведенных за последние три года. Оказалось, что у нас доля успешных попыток составляет один продукт на десять синтезированных молекул, на два порядка выше существующих стандартов в отрасли (один на тысячу). Пожалуй, я продолжу применение своей теории вне зависимости от того, пользуется она доверием или нет.

Будущее ароматов

Развитие парфюмерии идет параллельно химии запахов. Как говорил великий парфюмер Рене Ларюэль, «синтетика – кости ароматов, натуральное – плоть». Слишком много синтетики – и вы получите голые скелеты, слишком много натурального – и вы докатитесь до беспозвоночных. На мой взгляд, разумный баланс между ними был достигнут в середине 1980-х гг., когда мода на громкие ароматы (Poison, Giorgio, Opium) привела к чрезмерному доверию к высокоэффективной синтетике, от которого отрасль до сих еще полностью не восстановилась. Все тогда оказались словно в многолюдном ресторане, где в течение вечера гул голосов становится настолько громким, что приходится кричать.

Как всегда, имеет значение и экономический фактор: сейчас, когда основная часть повседневного химического производства (товаров, не защищенных патентами) переместилась в такие страны, как Китай и Индия, великие парфюмерные дома зарабатывают деньги на открытии и патентовании новых молекул. Существенно ли это для создания великих парфюмов – спорный вопрос: в конце концов, палитра, доступная парфюмеру, уже огромная, и когда-нибудь наступит момент снижения отдачи, и новые материалы постепенно перестанут определять существенную разницу. Тем не менее новые молекулы чрезвычайно важны для продажи парфюмов, и не в последнюю очередь для самих брендов. Производители парфюмов должны убеждать бренды, что их продукт будет отличным от других, и самый простой способ убедить их в этом – сказать, что в нем будет содержаться новая «каптивная» молекула, которой еще ни у кого нет.

В плане стоимости новые материалы чрезвычайно дорого сертифицировать. Давление регулятивных органов возрастает, особенно в ЕС, в основном вследствие принципа предосторожности (идея о том, что людей лучше предохранять, чем информировать), который сейчас определяет всю политику. Действует правило caveat venditor (продавец несет ответственность за качество товара), и никто не хочет получать судебные иски, даже если самое худшее, что может произойти – сыпь на коже. Действующие сейчас силы, вероятно, более тесно обусловлены старой доброй собственной выгодой, нежели высоким стремлением облагодетельствовать человечество. Например, дерматологи, традиционно считающиеся не самыми гламурными специалистами в области медицины, недавно осмелились нарушить мрачное молчание и высказаться по поводу аллергенных свойств парфюмерии, и их рекомендации быстро превратились в инструктивные указания ЕС.

Развитие парфюмерии идет параллельно химии запахов.

Картофельные чипсы и другие виды искусства

Область пищевых ароматизаторов, на мой взгляд, вполне созрела для революции. Как я объяснял раньше, ароматизаторы остаются фигуративным искусством, если заимствовать термин из живописи. «Базы», которые продаются компаниями, создающими ароматизаторы (а такие подразделения имеют все крупные парфюмерные компании), называются просто: «лимон», «грейпфрут» и т. п. Однако ситуация не так проста, как кажется, и иногда ароматизаторы выглядят как ароматы. Например, шоколад всегда ароматизировался ванилью, но за последние пару сотен лет использовался уже синтетический ванилин и этилванилин. С другой стороны, самый успешный пищевой продукт всех времен, кока-кола, представляет собой такую же абстрактную композицию, как любой классический парфюм. Сомневаюсь, что кто-нибудь за пределами отрасли сможет назвать более одного ингредиента вкуса кока-колы. На самом деле, я бы сказал, что именно абстракционизм коки и сделал ее настолько успешной.

Абстракция в ароматизаторах – не новинка: haute cuisine, вероятно, начинается там, где вы перестаете понимать, как это сделано. Великий шеф Ален Дюкасс однажды сказал, что посетил ресторан своего коллеги и не смог понять, что он ест, после чего попросил его взять в ученики на кухню и провел там несколько лет. Вероятно, ближе всего к натуральной парфюмерии стоят коктейли, мода на которые с 1920-х гг. пережила несколько взлетов и падений. Если однажды я найду парфюм, который создаст у меня эйфорическое ощущение «Негрони» исключительно внешним воздействием, я стану счастливым человеком.

Может, мир уже готов к настоящим синтетическим ароматам. В Британии картофельные чипсы, или «криспы», как их там называют, уже поднялись на новые высоты фантазии в диапазоне от ягнятины в мятном соусе, при том что в их производстве нет ни следа ни того ни другого, до недавнего «ежового» вкуса, который мне еще предстоит попробовать. Недавно я зашел в паб и попросил криспы со вкусом «горелого сцепления и нитрометана», и официант ринулся оглядывать полки, прежде чем сообразил, что я его разыгрываю. Возможно, в будущем богатые будут питаться органической пищей, а белой швали типа меня останется наслаждаться криспами со вкусом сумасшедшего огурца-мутанта.

Просто будущее

Когда выступаю, рассказывая о своей работе в области обоняния, люди время от времени спрашивают, не может ли моя теория колебаний быть применима к другим взаимодействиям между рецепторами и молекулами, как в центральной нервной системе. Я говорю «нет», потому что убежден: нос выполняет уникальную задачу, для которой требуется, вероятно, уникальная адаптация: распознавание любой молекулы, попадающейся ему на пути. Для этого необходима система, основанная на общих физических принципах, а не специфических взаимоотношениях, которые мы привыкли определять, как «ключ-замок». Как уже было сказано, я ни на минуту не поверю, что мы толком понимаем даже механизмы, которые лежат в основе отношений «ключ-замок».

Ситуация в фармацевтической промышленности, особенно в области производства лекарственных средств, влияющих на нервную систему (транквилизаторы, стимуляторы, снотворные, антидепрессанты, противосудорожные и т. п.) не сильно отличается от той, что доминирует в парфюмерной отрасли. Одновременно продвигаются две линии аргументации, причем нередко с комически противоречивым эффектом. С одной стороны, сейчас в отрасли однозначно доминирует биология, и специалисты используют структуры рецепторов для рационального создания лекарств, иными словами, стремятся, чтобы они идеально «соответствовали» рецепторам, и т. п. с другой стороны, фармацевтические компании создают десятки тысяч молекул-кандидатов, часто с помощью автоматизированных методов комбинаторной химии, и проверяя эффективность каждой. Это, как я часто говорю своим коллегам в области ароматов и ароматизаторов, именно то, чем занимаются люди, когда нет никакой теории.

Как однажды заметил мой коллега физик Маршалл Стоунэм, иметь ключ и замок – очень хорошо, но каким-то образом этот ключ должен поворачиваться! Может, благодаря тепловому возбуждению, как предполагают биологи? Нет ли чего-нибудь более изящного? Вот, например, изумительное свидетельство: эффективность бензодиазепинов типа валиума больше обусловлена их электронным родством, нежели формой. Почему? Никто не знает, но готов поспорить, что здесь имеют значение какие-то физические взаимодействия, которые нам вскоре предстоит открыть. Эта область готова к решительному прорыву, потому что сейчас в биомедицину вкладываются огромные средства, а с деньгами всегда приходят идеи. Биофизика вступила в период научной зрелости, и, когда мы наконец сумеем понять и воссоздать инженерный план Жизни, нас ждут великие открытия. Большая их часть, полагаю, будет понята только с помощью квантовой физики и химии. Очень скоро в этой области время таких любителей, как я, закончится. Жду этого с нетерпением.