Яичница и черника
Еще в начальной школе вы узнали, что все живое состоит из клеток, и в основном это действительно так. Мало в каких процессах, протекающих в многоклеточных биологических организмах, не задействованы клетки. Можете недооценивать их вклад в жизнедеятельность, но клеткам это безразлично, так как их нельзя контролировать. Они спокойно трудятся за кулисами, наблюдая за всем, что вы делаете в своей жизни. Некоторые клетки настолько скромны, что начинают нормально работать исключительно после того, как теряют способность функционировать. Например, четыре килограмма поверхности кожи человека практически мертвы. Это позволяет другим клеткам защитить вас от ежедневного ветра, дождя и пролитого горячего кофе во время баскетбольного матча. Можно сказать, почти каждый сантиметр поверхности вашего тела мертв.
В биологической структуре живых клеток легко разобраться. Большинство из них похоже на яичницу-глазунью. Белок – это цитоплазма, а желток – ядро. Ядро содержит в себе прототип для дальнейшего производства клеток – молекулу ДНК. ДНК содержит гены, маленькие фрагменты биологических инструкций, которые определяют все, от роста человека до его стрессоустойчивости. В ядре, похожем на желток, помещается достаточно много генетического материала. Более 2,5 килограмма вещества втиснуто в объем размером с микрон. Микрон равен 0,0001 сантиметра, следовательно, разместить ДНК в ядре – все равно что втиснуть 40 километров рыболовной лески в ягоду черники. Ядро похоже на вагон метро в час пик.
В последние годы наука сделала одно неожиданное открытие: оказывается, ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, не произвольно скручена в ядре, как вата внутри плюшевого медведя, а свернута сложным, строго определенным способом. Это хитроумное молекулярное плетение дает клеткам разные возможности для «карьерного» роста. Свяжите ДНК одним узором – и клетка станет частью печени. Сложите по-другому – и клетка станет частью системы кровообращения. Скрутите ДНК иначе – и получите нейрон, а вместе с тем и способность прочитать это предложение.
Как выглядит один из этих нейронов? Попробуйте-ка раздавить яичницу-глазунью ногой. Разбрызганная по полу масса будет похожа на многоконечную звезду. Теперь продлите одну из вершин. Смелее. Большим пальцем расплющьте самую крайнюю точку вершины, которую только что вытянули. Теперь она похожа на уменьшенную копию большого многоугольника. Две раздавленные звезды, соединенные толстой линией. Так выглядит обычный нейрон. Нервные клетки бывают различного размера и формы, но вид большинство имеет такой. Раздавленная ногой часть называется клеточным телом. Вершины получившейся звезды – дендриты. Вытянутая часть – это аксон, а маленькая раздавленная пальцем звезда на конце аксона – его терминаль.
Нервные клетки позволяют создать нечто утонченное – человеческую мысль. Чтобы понять, как это происходит, отправимся в путешествие в крошечный мир нейронов. Идею такого путешествия я позаимствовал из одного фильма, который видел в детстве. Он назывался «Фантастическое путешествие», и его автором был Гарри Клейнер. (Чуть позже легендарный писатель-фантаст Айзек Азимов написал книгу с подобным сюжетом.) Это история о группе ученых, которые отправились в путешествие по человеческому телу в уменьшенной до микроскопического размера подводной лодке. Мы тоже используем такую подводную лодку, которая поможет нам увидеть нервные клетки и мир, в котором они существуют. Первым пунктом назначения станет нейрон, расположенный в гиппокампе.
По прибытии к нейрону мы высадимся в древнем лесу. Но нужно быть осторожными, потому что он электрифицирован. Везде видны погруженные в воду сплетенные ветви и огромные стволы, похожие на трубы. Повсюду вспыхивают искры электрического тока, который бежит вверх и вниз по этим трубам. Задрожав от электрического разряда, проходящего сквозь деревья, труба внезапно извергает большое облако из крошечных химических частиц.
Но это вовсе не деревья, а нейроны с особой структурой. Приближаясь к одному из них, понимаешь, что их кора похожа на смазочное масло. В действительности это и есть масло. В нежном внутреннем мире человека, среде обитания нейрона, двойной слой фосфолипидов напоминает по консистенции растительное масло. Его структура придает форму нейронам, подобно тому как скелет придает форму телу. Когда мы погрузимся внутрь клетки, первым делом увидим этот скелет. Итак, погружаемся.
Здесь очень тесно, невероятно тесно, даже неуютно. На всем пути нам придется пробираться через множество перемычек – протеиновые кораллы, представляющие собой скелет нейрона. Благодаря этим густым образованиям нейрон имеет трехмерную структуру. Большинство частей скелета находится в постоянном движении – поэтому мы должны будем постоянно уклоняться. Миллионы молекул спокойно плывут навстречу нашему кораблю, но с интервалом в несколько секунд его начинает трясти от электрических разрядов. Не станем здесь задерживаться.
Заплыв
Мы покидаем обитель нейрона. Опасные заросли белка сменились затопленным каньоном, спокойным и бездонным, по которому нас несет течение. Вдали виднеются другие нейроны. Мы находимся в области между двумя нейронами, которая называется синаптической щелью, и первое, что бросается в глаза, – мы здесь не одни. Мы плывем в окружении множества стаек крошечных молекул. Они вышли из нейрона, в котором мы только что побывали, и теперь, беспорядочно двигаясь, стремятся к следующему, виднеющемуся впереди. Через несколько секунд они разворачиваются и устремляются снова в сторону нейрона, который только что покинули. И он мгновенно поглощает их. Эти стаи молекул называются нейротрансмиттерами и представляют собой молекулярные частицы. Как крошечные курьеры, они служат для передачи информации между нейронами внутри каньона, или, правильнее сказать, синаптической щели. Клетки, обеспечивающие их выход, называются пресинаптическими нейронами, а клетки, которые их впускают, – постсинаптическими нейронами.
Обычно нейроны выделяют химические вещества в синапс вследствие реакции на электрический заряд. Ответная реакция принимающего нейрона может быть положительной или отрицательной. Нейроны способны отключаться от нейроэлектрического окружения (этот процесс называется ингибированием) или подвергаться электрическому воздействию, что обеспечивает передачу сигнала от пресинаптического постсинаптическому нейрону: «Я получил сигнал и передаю хорошую новость дальше». Затем нейротрансмиттеры возвращаются в родную клетку, что называется обратным захватом. Когда клетка поглощает их, система перезагружается и готова к новому сигналу.
Оглядевшись в синапсе по сторонам, мы замечаем нейронный лес, огромный и, на первый взгляд, далекий, с удивительно сложной структурой. Рассмотрим два нейрона, между которыми сейчас находимся. Представьте себе, что два дерева вырвали с корнями и перевернули на 90 градусов таким образом, чтобы их корни, располагающиеся напротив, тесно переплелись – примерно так выглядят два взаимодействующих нейрона. И это самый простой пример. Обычно тысячи нейронов сплетаются друг с другом, занимая лишь небольшие апартаменты в жилищном комплексе нервной системы. Их ветви создают неимоверное количество сплетений. Как правило, формируется десять тысяч точек соединения, каждая из которых отделена синапсом – тем затопленным каньоном, по которому мы плывем.
