Запах смертоносных молекул
Что такое обоняние? У человека и животных, обитающих на суше, – это (если говорить скучным языком) восприятие действия пахучих веществ на верхнюю часть слизистой оболочки носа. Молекулы этих веществ частично или полностью переходят в воздух и вместе с ним попадают на особые клетки в носу, возбуждают нервные окончания, а нерв передает в мозг сигнал, который воспринимается как знакомый или незнакомый запах.
В старой Энциклопедии Брокгауза и Ефрона
можно прочитать, что к не-
которым веществам (например, к синильной или
лимонной кислоте) мужчины более чувствительны,
чем женщины, в сравнительно новом «Биологическом
словаре» (1986) – что человек ощущает
тринитробутилтолуол, когда его содержание в 1 см3
воздуха достигает 5•10–15 г, т. е. составляет
всего 10 млн молекул. Чувствительность собак к
масляной кислоте в тысячу раз выше – им
достаточно 10 тысяч молекул.
Однако рекорды принадлежат некоторым насекомым: самец бабочки тутового шелкопряда обнаруживает подругу, когда выделяемое ею особое вещество (бомбикол) содержится в количестве только 100 молекул в 1 см3 воздуха. Существуют вещества, которые могут «сигнализировать» о себе запахом, когда всего одна их молекула попадает на чувствительные клетки.
Уникальные свойства бабочек на практике используют лишь для привлечения самых вредоносных из них в ловушки, а вот собаки с их уникальным нюхом давно и исправно служат человеку. Охотничьи и полицейские собаки идут по следам, специально обученные служебные разыскивают наркотики и взрывчатые вещества.
У морских организмов тоже есть обоняние, но оно принципиально иного рода: действуют растворенные вещества. Многие морские животные и рыбы имеют чувствительные органы, сигнализирующие им о наличии этих веществ в воде. К сожалению, в водной среде у человека нет таких помощников, как собаки, хотя подобные ищейки помогли бы и избежать аварий, и спасти многие человеческие жизни. Речь идет прежде всего о поиске морских мин, которые в больших количествах использовали еще в первую мировую войну. в течение XX в. ими так «насытили» Мировой океан, что полностью удалить их существующими средствами уже невозможно. От забытых мин, которые сохраняют свою смертоносную начинку, страдают рыболовные суда, гибнут и получают повреждения «транспортники». Так, в 1988 г. на мине, поставленной почти три четверти века назад, в Персидском заливе подорвалось американское судно «Семюэл Робертс», и его ремонт обошелся в 96 млн долларов.
Обоняние по своей природе – самое «химическое» чувство, его можно смоделировать. Попытки создать «электронный нос» – чувствительный химический сенсор – уже привели к разработке вполне эффективных приборов. Правда, до сих пор все эти приборы делали в расчете на детектирование летучих, а не растворенных веществ, их невозможно было применять для поиска морских мин. Однако и трудная проблема устранения извечной угрозы мореплаванию, как оказалось, может быть решена.
В одном из недавних номеров журнала «Angewandte Сhemie» за 2001 г. (т. 40, с. 2104–2105) сообщается о разработке группой ученых способа обнаружения тротила (тринитротолуол) и пикриновой кислоты (2,4,6-тринитрофенол) в морской воде и на суше с помощью особых кремнийорганических веществ – полисилолов. Эти вещества – фотолюминофоры, они излучают свет одной длины волны при облучении светом с другой длиной волны. В присутствии совсем небольших количеств взрывчатых веществ люминесценция затухает. Действие веществ-тушителей проявляется при их концентрации 50 частей на 1 млрд, что соответствует 1–2 каплям в 50 м3 (целом бассейне) воды. Эти же фотолюминофоры могут применяться и для мин, зарытых в землю, если взрывчатка попадает в грунтовые воды. С их помощью возможен и контроль воздушной среды, причем чувствительность к парам тротила в воздухе составляет 4 части на 1 млрд.
С помощью фотометров интенсивность свечения нетрудно преобразовать в электрические сигналы и создать прибор со шкалой, показывающей концентрацию опасных веществ.
Когда появятся такие приборы и удастся ли их сделать компактными – вопрос времени и техники. Химические основы их действия уже созданы.
Э.Г.Раков