Сегодня мы знаем, что есть ряд белков, которые подсказывают нейронам, куда именно им нужно отращивать отростки. К каждой мышце должны прийти свои отростки клеток нервной системы. Ведь наш мозг управляет мышцами, железами и другими органами. Благодаря белку, фактору роста, нейрон находит клетку-партнера, с которой он должен связаться (ее также называют мишенью). Мишенью может быть как удаленный нейрон, так и клетка мышцы или органа.
В развивающемся мозге ветвящиеся и переплетающиеся отростки нейронов устанавливают связи с очень высокой точностью. Из-за наличия ряда био-химических молекул (наподобие NGF) длинный отросток нейрона, аксон, сразу и без ошибок находит свои мишени. Но в этом процессе есть один нюанс.
Количество молекул фактора роста достаточно ограничено. Оно определяется генетически. А нейрон может удлинять свои отростки, только если получает нужное количество таких молекул.
Представьте себе, что вы отправились за ягодами или грибами в незнакомый лес. Вы шли и развешивали на деревьях метки, чтобы с их помощью найти дорогу домой. Вот вы собрали целую корзину грибов и полное лукошко ягод и теперь идете обратно по своим меткам. И вдруг на середине пути ваши метки обрываются: кто-то специально или случайно их снял. Вы в растерянности и не знаете, куда идти дальше. Для нейрона такими метками служат биохимические молекулы фактора роста, они буквально ведут его к мишени, указывая дорогу. Так же, как человек рискует заблудиться и погибнуть в лесу, нейрон рискует не найти свою клетку-мишень и самоуничтожиться.
В мозге начинается настоящая борьба за ресурсы! Каждый нейрон хочет получить больше биохимических молекул-проводников. Но случается, что некоторые клетки не получают нужное количество молекул фактора роста, они слишком медленно отращивают аксоны. На этом этапе мозгу наиболее важно устранить самых слабых (скажем так – «медлительных»). И клетки, не успевшие связаться с мишенью, гибнут. Выбывает тот, кто вовремя не включился в работу. Вам это ничего не напоминает?
В биологии считается, что самая жесткая конкуренция – внутривидовая. За ресурсы сражаются все: государства, сообщества, отдельные люди. Почему? Потому, что ресурсы не безграничны.
Под ресурсами не обязательно понимается нефть, газ, вода или пища. Это может быть территория, доступ к интернету и даже половой партнер (есть, например, регионы, где больше людей того или иного пола). В мозге ресурсами для нейронов являются проводниковые молекулы фактора роста (и другие молекулы). И в борьбе за них гибнут миллиарды нейронов.
Рис. 4. Схематическое изображение строения нейрона
Отложите книгу на несколько минут и подумайте над этим явлением.
Становится жутковато, когда начинаешь думать о том, что наши собственные клетки сражаются друг с другом за ресурсы! Но мы столкнемся с подобным явлением еще не раз – при рассмотрении других примеров работы мозга. Впереди нас ждут и более впечатляющие факты!
Итак, мы выяснили, что самые цепкие и быстрые нейроны получают достаточное количество факторов роста и успешно формируют связи. Так они и выживают.
Связи между нейронами
Важно сказать несколько слов о том, какие именно связи устанавливают нейроны. Это пригодится в дальнейшем для понимания процессов памяти и внимания.
Давайте кратко рассмотрим строение нервной клетки. На самом деле принципиально нейрон ничем не отличается от любой другой клетки.
Содержимое нейрона помещено в мембрану, состоящую из двух слоев липидов (жироподобных молекул) с погруженными в них белками. Представьте себе двухслойный полиэтиленовый пакет, заполненный водой, в которой плавают овощи. Так вот, мембрана по толщине сопоставима с полиэтиленовым пакетом (с поправкой на масштаб). А овощи представляют собой органоиды (по сути, это внутренние органы клетки). Жидкость клетки называют цитоплазмой.
Вы, возможно, удивитесь, но в состав мембраны клетки входит холестерин. Да, тот самый, о вреде которого так много говорят уже не первое десятилетие. На самом деле холестерин жизненно важен и вопрос о его вреде и пользе намного сложнее, чем считалось ранее. Из молекул холестерина синтезируются некоторые гормоны. Влияет он и на обмен веществ. А также выполняет структурную функцию, являясь частью клеточной мембраны. Именно поэтому важно, чтобы мы получали с питанием правильные жиры (например, жирные кислоты омега-3).
Рис. 5. Накручивание ДНК на катушки (или нуклеосомы), состоящие из белков гистонов
В цитоплазме, обычно ближе к центру клетки, размещается ядро с хромосомами. Это упакованные с помощью белков гистонов молекулы ДНК. На эти белки молекулы ДНК спирально накручиваются, как на катушки, а затем еще несколько раз укладываются (рис. 5). Если распутать молекулу ДНК и вытянуть в нить, ее длина составит около двух метров!
Вокруг ядра находятся органоиды клетки, синтезирующие белок (их называют рибосомами). Также в клетке есть аппарат Гольджи – структурный комплекс, похожий на набор микроскопических цистерн. В аппарате Гольджи к белкам присоединяются молекулы сахаров, остатков ортофосфорной кислоты. Все это нужно для того, чтобы в дальнейшем белки могли работать в разных частях клетки и выполнять специфические функции.
Белки – главные строительные элементы организма. По сути, гены (последовательности внутри ДНК) кодируют информацию о белках, а белки выполняют практически все физиологические функции в нашем организме. Они транспортируют кислород, строят соединительные и мышечные ткани организма, увеличивают скорость химических реакций. Ферменты – тоже белки. И ряд гормонов является белками.
Вы можете удивиться, но на самом деле информация о наших внешних признаках (цвет глаз, структура волос, рост, величина мышечной массы и так далее), записанная в ДНК, – это своего рода программа для строительства белков. Наш внешний вид и поведение – это белки! Даже память и внимание – белки!
В общем, с этого белкового корабля нам никуда не деться. Мы и есть этот корабль с ног до головы.
На рис. 6, схематично показаны матричные (связанные с ДНК) процессы в клетке. Они называются так, потому что молекула ДНК выполняет роль матрицы-шаблона, с которой считывается информация.
Рис. 6. Матричные процессы в клетке
Мы видим, что с ДНК синтезируется РНК. Затем с этой самой молекулы РНК (она выступает матрицей-шаблоном) на органоидах-рибосомах происходит синтез белка. Запомните эту схему, мы еще вернемся к ней чуть позже, когда будем говорить о памяти.
