Учебник специалиста-кинолога органов внутренних дел

Обоняние имеет интересную особенность, выгодно отличающуюся от других дистанционных органов чувств -зрения и слуха; обоняние поставляет мозгу одинаково достоверную информацию не только о том, что происходит в окружающей среде в данный момент, но и том, что происходило там раньше и, иногда, что будет потом. Иначе говоря, обонятельный анализатор дает возможность восстановить ход событий в мире животных и людей, которые развивались много часов назад и, в какой-то степени, предвидеть наступление грядущих событий. Правда, возможность предвидения (экстраполяции) более скромная:

она обычно ограничивается несколькими минутами.

Если бы можно было перевести на язык человека то, что происходит в мозгу волка, принюхивающегося к запахам на лесной поляне, то это выглядело примерно так: «Что-что-что…, да как посмел этот наглец забраться на нашу территорию (про волка из соседней стаи), если б я пришел сюда двумя часами раньше, тебе бы не повезло… Так-так-так, здесь была лежка зайца, но совсем давняя, не стоит и напрягаться… Ага, ну вот мне и повезло, совсем недавно здесь проходила косуля с детенышем… Этим нужно вплотную заняться… Ясно, они пошли к реке… А это еще что такое… Ого, только человека мне и не хватало… Он направляется прямо на меня и через пару минут будет здесь… Тут не до косули, надо быстро сматываться и предупредить стаю…».

Способность животных к тонкому чутью давно использовалась человеком. Для этого он чаще всего использовал собак, прирученных им уже много тысяч лет назад. Охотничьи собаки помогали выслеживать добычу, которая давно скрылась из виду. Специально натасканные псы применялись для поимки беглых рабов. И по сей день криминалисты во всем мире используют собак в качестве биологического детектора запаховых следов для установления и изобличения преступников.

В некоторых случаях запаховый анализатор раньше слуха и голоса дает информацию о приближении конкретного живого объекта и позволяет в зависимости от ситуации или вовремя скрыться, или приготовиться к нападению. Такие возможности обоняния также использовались человеком. Караульные собаки лаем предупреждали его о скрытно подбирающихся чужаках. Сторожевые собаки после специальной дрессировки давали беззвучное оповещение о приближении незнакомцев: принимали условленную позу или хватали определенный сигнальный предмет.

Однако не только собаки охраняли человека от преступных посягательств. Во время войны во Вьетнаме американские солдаты очень боялись внезапных нападений на их лагеря вьетнамских разведчиков. Для обнаружения в ночных джунглях крадущихся диверсантов американцы призвали на помощь… голодных клопов, обладающих уникальным восприятием человеческого запаха. По заданию Пентагона были созданы приборы, которые состояли из гнезда для клопов в центре и радиально расходящихся дорожек на периферии. Приборы заменили дозорных: ощутив запах приближающихся людей, клопы бросались на определенную дорожку, электронные датчики сигнализировали тревогу, высвечивая опасное направление.

Органы обоняния ряда зверей и насекомых – это удивительное творение природы. Они уникальны по своей чувствительности и избирательности, надежности и быстродействию. Уже давно созданы приборы, значительно превышающие возможности зрительного и слухового анализаторов. А устройств для восприятия и анализа запаховой информации до сих пор нет в арсенале измерительной техники.

Никто не может сказать, когда именно первые живые организмы на нашей планете начали различать молекулы химических веществ. Однако можно предположить, что это произошло задолго до появления первого глаза и первого уха, за много тысячелетий до того, когда животные начали выползать на сушу из своей колыбели – Мирового океана. Первые живые организмы, плававшие в морях и океанах, покрывавших Землю, должны были обладать чувством обоняния, способностью как-то реагировать на различные растворенные в воде химические вещества: уплывать прочь от вредных соединений и отыскивать такие, которые служили им пищей. Хеморецепция, таким образом, была охранительным свойством, которое помогало организму выжить. В процессе эволюции организмов хеморецепторы усложнились и специализировались. У высокоорганизованных животных хеморецепция дифференцировалась на восприятие запаха и вкуса.

Обоняние человека и животных морфологически и физиологически связано с системой органов дыхания. Носовая полость служит для согревания и очищения воздуха от посторонних частиц по пути в легкие. Этому способствуют многочисленные складки внутренней полости носа, покрытые слизистой оболочкой. Некоторые участки носовой полости служат местом расположения обонятельного эпителия. Носовая полость состоит из главной и придаточной полостей. Главная носовая полость, расположенная в передней части черепа, делится носовыми раковинами на три носовых хода – нижний, средний и верхний. Нижний и средний носовые ходы служат для прохождения воздуха при спокойном дыхании. В верхнем узком ходе расположен обонятельный эпителий. Придаточная носовая полость представлена лобной пазухой, которая соединена со средним носовым ходом. Придаточная носовая полость тоже выстлана обонятельным эпителием.

Обонятельный эпителий, как следует из строения носовой полости, находится в стороне от главного дыхательного пути. Вдыхаемый воздух может попадать туда путем диффузии, т.е. относительно медленно, или путем вихревых движений – более быстро. Такие вихревые движения получаются при «обнюхивании», т.е. при быстрых коротких вдохах через нос, когда ноздри расширяются и облегчается проникновение вдыхаемого воздуха в верхнюю часть носовой полости – к обонятельным рецепторам.

Рецепторы обоняния, или обонятельные клетки представляют собой веретенообразные нейроны (нервные клетки) диаметром 5—10 микрон. Обонятельные клетки и расположенные между ними цилиндрические опорные клетки и составляют в целом обонятельный эпителий. У собаки насчитывают до 225 млн. обонятельных клеток. Электронно-микроскопические исследования обонятельного эпителия показали, что на поверхности каждой обонятельной клетки находится 6—12 ресничек, или волосков. Наличие обонятельных волосков увеличивает площадь обонятельной рецепции в 50—60 раз. Реснички обонятельных клеток находятся в постоянном движении, совершая сложные асинхронные колебания. Подвижность ресничек еще более увеличивает возможность их соприкосновения с молекулами пахучих веществ. За непосредственное восприятие запаховых молекул отвечают специфические рецепторные белки, которые расположены на поверхности обонятельных клеток. Обонятельный эпителий покрыта слизью, выделяемой специальными клетками. Длинные отростки обонятельных клеток, пройдя через костную перегородку попадают в черепную коробку и оканчиваются в первичных центрах обоняния – обонятельных луковицах. В обонятельных луковицах происходит начальная обработка информации, полученной от рецепторных клеток. Далее в составе обонятельного тракта волокна попадают в обонятельные центры в стволе и в коре полушарий головного мозга.

До недавнего времени ответа на вопрос – как нос различает колоссальное количество запахов – не было. Существовало несколько бездоказательных точек зрения на природу и механизм восприятия запаха. И только в конце 20 века, благодаря исследованиям американских ученых Ричарда Аксела и Линды Бак занавес неизвестности над этой загадкой приоткрылся. За исследования в области обоняния Р. Аксель и Л. Бак в 2004 г. были удостоены Нобелевской премии.

Многочисленные эксперименты по изучению механизма обоняния, проводимые до 90-х годов 20 века, строились по одному и тому же принципу: подопытным животным давали нюхать различные пахучие вещества (одоранты) и при этом измеряли электрическую активность обонятельных нервных клеток. Эти эксперименты ясности в понимание проблемы не внесли, поскольку одни и те же нервные клетки реагировали на разные запахи, хотя и с разной интенсивностью. Так что открыть секрет идентификации тысяч и тысяч ароматов с помощью этих исследований не удалось.

Аксел и Бак подошли к проблеме с другого конца: решили выявить и описать гены, которые отвечают за синтез рецепторных белков. Ученым удалось обнаружить целое семейство таких генов, но подлинной сенсацией стало их большое количество – свыше 1 тысячи. Весь научный мир поразило то, что их так много – примерно 5% всего наследственного материала (генома)!

Такой большой показатель свидетельствует о том, что обоняние обеспечивается большим количеством генов, чем любое другое из чувств, будь то слух, осязание и даже зрение. Это, в свою очередь, говорит прежде всего о том, что в истории эволюции животных восприятие запахов всегда играло – и продолжает играть – чрезвычайно важную, нередко жизненно важную роль, причем даже у весьма примитивных организмов. Уже бактерии находят пищу и благоприятную среду обитания по запаху. У рыб число обонятельных рецепторных белков еще относительно невелико – около сотни, – но у более высокоорганизованных животных, обитающих на суше, обоняние служит главным средством коммуникации, идет ли речь о том, чтобы распознать опасность, найти пищу, почуять приближение врага или пометить «свою» территорию. У людей обоняние в процессе эволюции несколько притупилось – вследствие того, что мощное развитие получила речь, обеспечивающая более непосредственный обмен информацией. Если у мышей, кошек и собак вся тысяча обонятельных генов реально кодирует соответствующие рецепторные белки, то у человекообразных обезьян в активном состоянии находятся лишь 700 генов, а у людей – еще вдвое меньше.

Итак, в чем же суть открытия Л. Бак и Р. Аксела? Как уже упоминалось выше, они описали более тысячи генов, которые кодируют более 1000 белков – рецепторов, ответственных за восприятие запахов. Каждая из миллионов обонятельных нервных клеток, расположенных в носовой полости животного, имеет на поверхности мембраны лишь какой-то один вид рецепторного белка. Когда ученые проводили исследования, то они брали уже не просто отдельно взятую нервную клетку, а клетку, обладающую заранее выясненным рецепторным белком. С помощью тончайших биохимических методик было показано, что каждый рецептор реагирует на несколько различных запахов. В нервной клетке реакция белка-рецептора преобразуется в электрический сигнал. Электрический сигнал по длинному отростку передается в обонятельную луковицу, а оттуда в другие отделы мозга, в том числе и корковые структуры.

В целом же получилась следующая картина:

1) каждый отдельный рецептор может распознавать много запахов;

2) в свою очередь отдельный запах распознается, как правило, многими рецепторами;

3) разнообразные запахи распознаются различными комбинациями рецепторов.

Все это, по мнению ученых, свидетельствует о том, что обонятельная система использует комбинаторную схему кодирования запаха. Как в языке или музыке, система обоняния использует комбинации рецепторов (аналог словам, или музыкальным нотам, или коду компьютерной программы), что позволяет ей передавать широкую гамму ароматов. Как в генетическом коде, где четыре нуклеотида (аденин, цитозин, гуанин и тимин) позволяют кодировать строение и жизнедеятельность всего организма от рождения до смерти, так и обонятельная система млекопитающих использует комбинаторный подход.

Что происходит, когда запаховая молекула (например, жасмина) попадает в носовую полость. Запаховая молекула возбуждает несколько рецепторов. Сигналы с этих рецепторов по волокнам передаются в мозг, формируя так называемую «карту запаха. Мозг как бы говорит: «Я наблюдаю активность в нервных клетках обонятельной луковицы №1, 15 и 54, это соответствует рецепторам №1, 15 и 54, а значит пахнет жасмином». Так пояснял принцип работы обонятельной системы Ричард Аксел.

Результаты исследований объясняют, как может 1000 рецепторов различать десятки тысяч разнообразных ароматов. Л. Бак и Р. Аксел показали также, что даже небольшие изменения в химической структуре одоранта приводят к активизации различных комбинаций рецепторов. Именно поэтому запах октанола навевает мысли о цитрусовых ароматах, а запах сходного соединения, октановой кислоты, скорее напоминает запах пота. Было также обнаружено, что большие количества вещества связываются с большим набором рецепторов по сравнению с малым количеством этого же вещества. Это объясняет вариации восприятия одного и того же вещества, если его концентрации существенно различаются, например, индол при высокой концентрации пахнет гнилью, в то время как его легкое дуновение ощущается как аромат цветов.

Интересно отметить, что у людей отсутствуют абстрактные представления о запахах. Так, в области цветовых ощущений существует представление о «красном», «зеленом» и других цветах, являющихся свойством многих объектов. В области вкусовых ощущений существует представление о «соленом», «сладком» и «горьком» – этими терминами обозначают признаки, также свойственные многим веществам. Говоря же о запахе, мы не можем охарактеризовать его, не называя вещества, которому он свойственен. Т.е. представление о запахе является чисто предметным. Поэтому мы говорим о запахе камфары, запахе лука, запахе розы. Отсутствие абстрактного представления о запахах является причиной того, что до сих пор не создана единая общепринятая классификация запахов.

Если человеку свойственно все на свете обобщать и классифицировать, то животные, и в частности, собаки прекрасно обходятся и без этих премудростей. И не случайно! У собак слизистая оболочка органов обоняния содержит в тысячи раз больше чувствительных клеток, чем нос человека. Значительно сильнее развиты у них и обонятельные доли мозга. У всех без исключения пород собак чувствительность к запахам намного выше, чем у человека. Тем не менее, у отдельных людей обонятельные способности достигают удивительного совершенства. Бушмены, живущие в основном охотой, на больших просторах почти безошибочно находят животных и отдельные растения по запаху. На одной из фабрик в США, производящих безалкогольные тонизирующие напитки, много лет в штате состояла американка Бетти Мадисон, которую «кормил» ее уникальный нюх. Благодаря этому дару природы, она ежедневно обнюхивала тысячи чистых на вид бутылок и моментально обнаруживала среди них посуду с только ею уловимыми запахами масла, керосина, ацетона, мыла.

Особенно сильно развита у собак чувствительность к запахам, которые выделяют животные и человек через кожные покровы в ходе своей жизнедеятельности. Такая избирательная восприимчивость – следствие длительной эволюции в качестве хищника, добывающего пищу охотой. Опытным путем доказано, что пороговая (минимальная для восприятия) концентрация масляной кислоты для собак составляет 9х10

(молекул в 1 см

), а для человека этот показатель лишь 7х10

, то есть чувствительность у человека к этому веществу в миллион раз ниже. Интересно, что именно масляная кислота в числе других входит в состав продуктов, выделяемых кожным покровом животных, а также в состав человеческого пота. Подсчитано, что если у человека при ходьбе выделяется через подошву обуви хотя бы одна тысячная часть пота, продуцируемого подошвами ног, то оставляемого количества масляной кислоты на следу в миллион раз больше, чем необходимо собаке восприятия этого следа.

Однако из всех запахов, выделяемых живыми организмами, можно отметить те, которые специально назначены природой для взаимодействия на больших расстояниях. Их называют телергонами и половыми феромонами. Эти чрезвычайно активные вещества вырабатываются секреторными железами. Роль телергонов в жизни животных изучает новая самостоятельная ветвь биологической науки – химическая экология.

Выводные протоки желез внешней секреции открываются на разных участках поверхности тела или в полости, сообщающиеся с окружающей средой.

Телергоны содержат в концентрированном виде углеводороды, альдегиды, стероиды, спирты и карбоновые кислоты. Полный перечень всех выделяемых организмом веществ ученым установить пока еще не удалось.

Разные телергоны обладают специфическим биологическим воздействием. Одни из них привлекают представителей другого пола, другие отпугивают врагов или стимулируют развитие половых желез, третьи играют важную роль в передаче биологически важной информации от одной особи другим. Благодаря чрезвычайно высокой биологической активности многие телергоны в ничтожных концентрациях действуют на фантастически больших расстояниях. Так, самец непарного шелкопряда чувствует самку на расстоянии десяти и более километров.

В настоящее время существуют отрывочные сведения о выделении телергонов человеком. В большинстве случаев эти вещества воспринимаются им на подсознательном уровне, не вызывая обонятельных ощущений. Однако не исключено, что именно эти вещества содержат информацию, помогающую собакам находить человека по его запаховому следу и идентифицировать среди других людей.

Есть еще одна особенность обоняния собак, дающая им значительные преимущества при ориентировании в мире запахов. Человек может в лучшем случае воспринять два знакомых запаха как некое обонятельное ощущение, но зачастую не в состоянии сразу определить, из чего складывается то или иное сочетание. Исключение, правда, составляют парфюмеры, которые благодаря природным способностям, а также длительной тренировке безошибочно определяют многие компоненты душистых смесей. Собаки обладают способностью дифференцировать отдельные вещества в сложных смесях. Именно эта особенность, по мнению некоторых ученых, позволяет утверждать, что обоняние у собак аналитическое, и в этом смысле оно, очевидно, более всего отличается от человеческого.

Очень важную роль обоняние играет в начальный период жизни животных. Особенно это характерно для хищников.

Для любого новорожденного возможности контакта с окружающим миром весьма ограничены. Чтобы выжить и начать развиваться, ему прежде всего нужны безопасность и пища. А для этого необходим дом (логово), где обеспечивается безопасность и находится мать – источник пищи. Новорожденному нужно сразу уметь отыскать свое логово, если он окажется вне его, а там найти мать, а у нее – ту часть тела, откуда поступает пища – сосок. В первые дни жизни детеныши могут по-настоящему полагаться только на обонятельные, вкусовые, тактильные, температурные и вестибулярные органы чувств, так как зрение и слух полностью отсутствуют. Настоящим дистантным чувством в этот период является обоняние.

Из всех воздействий внешней среды именно запахи являются наиболее важными стимулами формирования поведения животных. У новорожденных щенков можно легко выработать пищевой условный рефлекс на любой индифферентный запах. Так, если перед первым кормлением смазать соски суки анисовым маслом, то этого будет достаточно для выработки у щенка рефлекса на этот запах. Когда такому щенку через некоторое время подносили ватку, смоченную анисовым маслом, он начинал ползти в сторону источника запаха.

Важная роль пищи для выживания организма явилась причиной того, что запахи основных источников питания хищных животных – молока и мяса заложены в генетическую память. Эти запахи с первого предъявления вызывают безусловно-рефлекторную пищевую реакцию – движение в сторону источника запаха, захватывания и слюноотделения.

Однако если запах молока является безусловным стимулом сразу же после рождения, то безусловный рефлекс на запах мяса, как показали опыты, формируется несколько позднее (у щенков – на 15-20-й день). Этот факт свидетельствует о том, что врожденный рефлекс на запах мяса появляется у собак как у хищников в определенный период, когда животные переходят от молочного питания к смешанному. Данный рефлекс, если он не подкрепляется мясной пищей, оказывается крайне нестойким и не обнаруживается уже в возрасте 8—9 месяцев. Некоторые ученые ошибочно считали запах мяса условным раздражителем лишь потому, что исследовали реакции у 9—11 месячных щенков, которые с самого рождения были лишены мясной пищи. А как раз в этом возрасте данный безусловный рефлекс уже угасает.

Чувствительность органа обоняния животных может изменяться под влиянием целого ряда факторов. Следует различать факторы внешние и внутренние. К внешним факторам можно отнести степень загрязнения, температуру и влажность воздуха, к внутренним – временные или стойкие изменения состояния самого животного.

Обонятельный анализатор значительно снижает чувствительность, если окружающий воздух насыщен посторонними запахами. Если же, наоборот, воздух полностью дезодорирован (лишен всех запахов), то чувствительность обонятельного анализатора в среднем повышается на 25%.

Уменьшение чувствительности обонятельного анализатора под влиянием запахов называют адаптацией. Адаптация к запахам выражена чрезвычайно отчетливо. Ее можно наблюдать в процессе обыденной жизни. Если человек входит с улицы в комнату, он почти всегда ощущает какой-нибудь запах, но достаточно ему побыть в этой комнате несколько минут, как запах, если он не слишком силен, перестает восприниматься. Люди не ощущают запаха своей одежды, духов. В этом «привыкании» к запахам и заключается адаптация обонятельного анализатора. При адаптации уменьшается чувствительность к тому запаху, который непосредственно действует на обонятельные рецепторы. Кроме этого, одновременно уменьшается чувствительность и к запахам других веществ.

Указанные факты имеют практическое значение. Собака, нанюхавшаяся различных веществ, не замечает запахов и не различает их. Так, после длительной поездки в машине в результате действия летучих компонентов горюче-смазочных материалов или пребывания в закрытом накуренном помещении обоняние собак притупляется. При ведении поиска в производственных, складских помещениях, гаражах, насыщенных специфическими запахами, собаку необходимо периодически выгуливать, чтобы восстановить чувствительность обонятельного анализатора. Если есть возможность, такие помещения перед работой рекомендуется проветривать.

Температура воздуха влияет на диффузию (рассеивание) запаховых частиц в пространстве. При низких температурах диффузия понижается, уменьшается концентрация – это и служит причиной худшего обнаружения запахов при низких температурах. В зависимости от температуры воздуха меняется роль обонятельного анализатора животных. Чем холоднее, тем больше животные ориентируются с помощью зрения и слуха, чтобы компенсировать недостаточность обоняния. Точных же данных зависимости чувствительности обоняния от температуры нет. По-видимому, обострение обоняния происходит в наиболее комфортных для данного животного температурных условиях. Заметно влияет на качество обоняния и атмосферное давление. В условиях пониженного давления чувствительность обоняния понижается.

Одним из важных внешних факторов, влияющих на состояние центральной нервной системы животного, и в том числе, настроенности обонятельного анализатора, является освещение. Для животных, которые активны в дневное время суток, свет стимулирует обоняние так же, как и другие органы чувств.

Из внутренних факторов наибольший интерес представляет влияние на обоняние некоторых фармакологических препаратов. Известно, что общим стимулирующим действием обладают кофеин и эфедрин. Оба эти вещества в большей степени снижают пороги, то есть повышают чувствительность органа обоняния, чем, например, органа вкуса или слуха. Однако, наиболее сильное влияние оказывает психостимулирующий препарат фенамин. Исследования показали, что чувствительность обонятельного анализатора после действия этого препарата повышалась в среднем на 40—50%. Причем заслуживает внимания тот факт, что повышение чувствительности после однократного приема фенамина удерживалось в течение нескольких дней.

Одним из свойств органа обоняния является возможность увеличения его чувствительности (сенсибилизация) при определенных условиях. Важнейшим условием, вызывающим сенсибилизацию органов чувств, является многократное действие на рецепторы слабых, едва ощутимых раздражений, наносимых через определенные промежутки времени. Исследования по сенсибилизации обоняния проводились на человеке. В течение 30 минут человеку предъявлялись около 30 раздражений слабым запахом какого-либо вещества. В результате удалось установить, что чувствительность обонятельного анализатора к данному веществу увеличилась примерно на 45%. Опыты показали, что при сенсибилизации к запаху одного вещества можно отметить некоторое повышение чувствительности к запахам других веществ.

Если проводить опыты сенсибилизации к определенному запаху в течение нескольких дней подряд, то можно наблюдать стойкое понижение порога восприятия данного запаха, то есть усиления чувствительности обоняния. Возможно, что на этом основана так называемая «тренировка» органа обоняния, в результате которой удавалось повысить чувствительность к некоторым запахам, удерживающуюся до 20 и более дней и становившуюся еще более стойкой после проведения повторных тренировок.

Феномен сенсибилизации может быть использован в практической деятельности при определении источников запаха малой концентрации. Для этого процесс ознакомления с исходным запахом перед пуском на выборку должен быть длительным, в котором обнюхивание должно чередоваться с отдыхом.