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.
