Текст книги "Биология веры: Недостающее звено между Жизнью и Сознанием"
Автор книги: Брюс Липтон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]
Истинный «мозг» клетки
Как только я понял, как работают интегральные мембранные белки, мне стало ясно, что поведение клетки обусловлено, прежде всего, ее взаимодействием с окружающей средой, а вовсе не генетическим кодом. Безусловно, генетические программы, запечатленные в содержащихся в ядре клетки молекулах ДНК, – уникальная вещь, формировавшаяся в течение трех миллиардов лет эволюции. Но при всей своей уникальности они не управляют функционированием клетки. Даже с чисто логической точки зрения гены не могут служить раз и навсегда определенной программой жизни клетки или организма, ведь выживаемость последних определяется умением динамически приспосабливаться к изменчивому окружению.
Способность мембраны «осмысленно» взаимодействовать с окружающей средой делает ее самым настоящим клеточным «мозгом». Давайте подвергнем мембрану такому же испытанию, какому мы подвергали ядро клетки, пробуя его на роль клеточного «мозга». Если разрушить мембрану, клетка погибнет – точно так же, как погибнет человек, если удалить ему мозг. Даже если оставить мембрану в целости и уничтожить только лишь ее белки-рецепторы (это легко делается в лаборатории при помощи пищеварительных ферментов), клетка окажется «живым трупом». Она впадет в коматозное состояние из-за того, что не будет больше получать необходимые для своего функционирования сигналы извне. Аналогичным образом, клетка впадает в кому, если обездвижить ее белки-эффекторы.
Демонстрировать «осмысленное» поведение клетка может только при наличии функционирующей мембраны, имеющей как рецепторы (обеспечивающие восприятие информации), так и эффекторы (обеспечивающие действие). Эти белковые комплексы – основные составляющие клеточного «разума».
Впрочем, нельзя забывать о том, что, разбирая клетку на элементарные винтики и гаечки, мы рискуем впасть в редукционизм. Невозможно понять поведение клетки, изучив лишь один из ее механизмов. Необходимо рассматривать деятельность клетки в целом. В этом состоит холистический – противоположный редукционистскому – подход, который я намереваюсь развить в следующей главе.
На клеточном уровне история эволюции – это в значительной мере история увеличения количества базовых единиц «разума» – интегральных мембранных белков – рецепторов и эффекторов. Эта задача решалась клетками за счет растяжения и, соответственно, увеличения площади собственных мембран.
У примитивных организмов-прокариот клеточная мембрана осуществляет все основные физиологические функции – пищеварение, дыхание, выделение. На последующих этапах эволюции эти обязанности перешли к органеллам эукариотической цитоплазмы. В результате в мембране освободилось место для большего количества интегральных мембранных белков. Учтем также, что эукариоты в тысячи раз крупнее прокариот, что влечет за собой колоссальное увеличение площади их мембранной поверхности – а значит, и доступного места для новых интегральных мембранных белков.
Итак, в процессе эволюции клеточная мембрана растягивалась, но у этой ее способности есть физический предел. Начиная с какого-то момента, растянутая и истончившаяся клеточная мембрана уже не сможет удержать внутри себя цитоплазму. Представьте, что вы наполняете водой воздушный шарик. Какое-то количество воды он вполне сможет выдержать. Но если вы будете упорствовать, шарик лопнет и вода забрызгает все вокруг. Когда клеточная мембрана растянулась до критической величины, эволюция индивидуальной клетки подошла к своему пределу. Тогда отдельные клетки, которые в первые три миллиарда лет эволюции были единственными организмами на нашей планете, нашли новый способ увеличить свою информированность об окружающей среде. Они начали объединяться, образуя многоклеточные сообщества, – я говорил об этом в первой главе.
В целом, и отдельной клетке, и многоклеточному организму приходится, во имя собственного выживания, решать одни и те же задачи. Разница лишь в том, что, когда клетки образовали многоклеточные организмы, у них появилась специализация. В многоклеточных сообществах существует разделение труда, что хорошо видно на примере тканей и органов, выполняющих те или иные специализированные функции. В одиночной клетке дыхание осуществляется митохондриями; в многоклеточном организме ту же функцию выполняют миллиарды специализированных клеток, образующих легкие. Еще один пример: в одиночной клетке движение возникает в результате взаимодействия белков цитоплазмы, называемых актином и миозином; в многоклеточном организме работу по обеспечению подвижности выполняют сообщества специализированных мышечных клеток, каждая из которых содержит большое количество актина и миозина. И, самое главное, если в отдельной клетке задачу восприятия информации об окружающей среде и необходимого отклика решает клеточная мембрана, то в нашем организме эти функции перешли к специализированной группе клеток, которую мы называем нервной системой!
Повторю еще раз: несмотря на то, что мы достаточно далеко отстоим от одноклеточных организмов, нам есть чему у них поучиться. Даже такой сложнейший орган, как человеческий мозг, охотнее раскроет нам свои тайны, если мы во всех подробностях ознакомимся с работой его клеточного эквивалента – мембраны.
Тайна жизни
Как вы уже поняли, в последнее время ученые значительно продвинулись в разрешении многочисленных загадок обманчиво простой клеточной мембраны. Но в самых общих чертах ее функции были известны еще двадцать лет назад. Собственно говоря, именно тогда я впервые осознал, что изучение клеточной мембраны имеет далеко идущие последствия. Озарение, которое на меня снизошло, можно сравнить с реакцией перенасыщенного химического раствора. Такие растворы выглядят как обычная вода, но стоит добавить в емкость хотя бы крупинку растворяемого вещества, и оно все целиком выпадает на дно емкости в виде огромного кристалла.
В 1985 году я жил в съемном доме на просоленном карибском острове Гренада и преподавал в тамошней «офшорной» медицинской школе. Было два часа ночи. Я перелопачивал свои многолетние записи по биологии, химии и физике клеточной мембраны, освежая в памяти ее механику и стараясь вникнуть в то, как она обрабатывает информацию. И внезапно на меня снизошло! Нет, я не превратился в кристалл. Я в одночасье стал биологом-«мембрано-центристом», у которого нет морального права растрачивать свою жизнь попусту.
Той ночью я как будто впервые взглянул на основу структурной организации клеточной мембраны – выстроившиеся в ряд, как солдаты на параде, фосфолипидные молекулы. Структуру, молекулы которой организованы регулярным, повторяющимся образом, принято называть кристаллической. Существует два основных типа кристаллов. Те, что знакомы большинству людей, представляют собой твердые, неподатливые минералы – к ним относятся алмазы, рубины и даже обычная соль. Кристаллы второго типа, несмотря на то что их молекулы тоже соединены в регулярную структуру, имеют скорее текучую консистенцию. Хорошо знакомые примеры жидких кристаллов – индикатор электронных часов и экран компьютера-ноутбука.
Чтобы лучше разобраться в том, что представляют собой жидкие кристаллы, вернемся к нашему сравнению с солдатами на параде. Когда марширующие солдаты поворачивают за угол, они сохраняют общий строй, несмотря на то что каждый из них движется индивидуально. Солдаты в строю ведут себя подобно текущей жидкости, но не утрачивают при этом своей «кристаллической» организации. Фосфолипидные молекулы клеточной мембраны ведут себя схожим образом. Их подвижная кристаллическая организация позволяет клеточной мембране динамически менять форму, сохраняя при этом свою целостность. Вот почему мембранный барьер обладает гибкостью. Я записал определение этой характеристики клеточной мембраны: «Мембрана – жидкий кристалл».
Затем я стал думать дальше. Мембрана, состоящая из одних только фосфолипидов, – это аналог хлеба с маслом, без оливок. Но тогда, если следовать логике описанного выше опыта с подкрашенной жидкостью и бутербродом, масляный (липидный) барьерный слой мембраны был бы абсолютно непроницаемым – непроводящим. Мембрана становится проводящей для одних веществ и непроводящей для других, когда в игру вступают «оливки» – интегральные мембранные белки. Я написал: «Мембрана – полупроводник».
Потом я вспомнил про две наиболее распространенные разновидности интегральных мембранных белков. Таковыми являются белки-рецепторы и белки-эффекторы, называемые канальными; именно они позволяют мембране выполнять свою важнейшую функцию – пропускать внутрь клетки питательные вещества и выпускать наружу шлаки. Я уже готов был написать, что мембрана содержит «рецепторы и каналы», но тут до меня дошло, что рецепторы в данном случае – это, по сути, вентили. Соответственно, я закончил свое описание мембраны фразой: «Мембрана содержит вентили и каналы».
Я откинулся на спинку кресла и перечитал то, что у меня получилось: «Мембрана – это жидкокристаллический полупроводник, содержащий вентили и каналы». Эта фраза как будто меня ударила. Определенно, я уже слышал или читал нечто подобное. Но где именно? Впрочем, в одном я был абсолютно уверен: там говорилось отнюдь не о биологии.
Я стал осматриваться и взглянул на угол письменного стола, где возвышался новенький «Макинтош» – мой первый персональный компьютер. Рядом с «Макинтошем» лежала ярко-красная книжка; заголовок на ее обложке гласил: «Как работает ваш компьютер». Это было купленное мною на днях справочное руководство для пользователей. Схватив книжку, я пробежал глазами введение и почти сразу наткнулся на определение: «Микрочип – это полупроводниковый кристалл с электрическими вентилями и каналами».
Пару секунд я сидел, огорошенный столь невероятным совпадением. Затем я стал лихорадочно сопоставлять и противопоставлять клеточные мембраны и кремниевые полупроводники. Скоро мне стало ясно, что сходство определений компьютерного чипа и клеточной мембраны не случайно! Клеточная мембрана в самом деле гомологична кремниевой микросхеме, то есть – представляет собой ее структурный и функциональный эквивалент! Вот это был уже настоящий шок.
Двенадцать лет спустя коллектив австралийских исследователей, возглавляемый Б. А. Корнеллом, опубликовал в журнале «Нэйчур» статью, которая подтвердила мою гипотезу гомологичности клеточной мембраны и компьютерного чипа [Cornell, et al, 1997]. Они выделили клеточную мембрану, присоединили к ней снизу кусочек золотой фольги и заполнили пространство между мембраной и фольгой электролитическим раствором. При стимуляции соответствующим электрическим сигналом мембранные каналы открывались и позволяли электролиту пройти сквозь мембрану. При этом фольга играла роль датчика, благодаря которому электрическая активность мембранных каналов могла быть измерена и отображена в виде показаний цифрового прибора. Иными словами, Корнеллу и его коллегам удалось встроить биологическую клеточную мембрану в электронное устройство с цифровой индикацией в качестве чипа.
Ну и что? – спросите вы. А то, что гомологичность клеточной мембраны и компьютерного чипа доказывает правомерность сравнения живой клетки с персональным компьютером. Первая сногсшибательная мысль, которая при этом приходит в голову, такова: клетки, подобно компьютерам, программируемы! И так же как и в случае с компьютером, их «программист» находится снаружи. Поведение и генная активность клетки динамически обусловлены информацией, поступающей из окружающей среды.
Как только в моем воображении возник клеточный биокомпьютер, я понял, что ядро клетки – это своего рода «съемный диск» (назовем его Двуспиральным Диском) – носитель информации, на котором записаны ДНК-программы, кодирующие производство белков. Записанные на съемном диске программы – текстовые редакторы, графические редакторы, электронные таблицы и тому подобное – вы можете загрузить в память своего домашнего компьютера и затем извлечь его безо всякого ущерба для работы.
Точно так же, когда вы удаляете из клетки ядро – ее Двуспиральный Диск, работа белковой машины клетки продолжается как ни в чем не бывало, поскольку информация, необходимая для создания белков, уже была загружена. Энуклеированные клетки сталкиваются с трудностями только тогда, когда у них возникает необходимость в генных программах с извлеченного Двуспирального Диска, позволяющих им заменить имеющиеся белки или синтезировать новые.
Полученное мной биологическое образование было не менее «ядроцентристским», чем геоцентристское астрономическое образование Коперника. Поэтому мне потребовалось определенное усилие, чтобы осознать: «центральным процессором» клетки является отнюдь не ядро, в котором содержатся гены. Данные вводятся в клеточный «компьютер» через посредство мембранных белков-рецепторов – клеточной «клавиатуры», а они, в свою очередь, приводят в действие мембранные белки-эффекторы, которые и играют роль «центрального процессора». Этот «центральный процессор» преобразует информацию, поступающую из окружающей среды, в язык поведения клетки.
Меня охватило отчаяние – мне не с кем было разделить свой восторг. В моем доме отсутствовал телефон. Но ведь я – преподаватель медицинской школы. Наверняка в это время в библиотеке отыщется кто-нибудь из студентов. Кое-как одевшись, я побежал в сторону школы, чтобы рассказать кому-нибудь – ну хоть кому-нибудь! – о своем великом озарении.
Представляю, как я выглядел, когда появился в помещении библиотеки – запыхавшийся, с вытаращенными глазами. Думаю, те, кто там был, узрели живое воплощение пресловутого «рассеянного профессора». Я подбежал к одному из первокурсников-медиков и воскликнул: «Только послушай, что я сейчас скажу! Что-то невероятное!» Помню, как парень от меня отшатнулся. Это меня не остановило. Я принялся втолковывать ему свои новые представления о клетке обычным для цитобиологов мудреным жаргоном. Затем я умолк, ожидая то ли его поздравлений, то ли криков «браво». Мальчишка сидел с открытым ртом. «С вами все в порядке, доктор Липтон?» – только и смог выговорить он.
Я был уничтожен. У меня в руках ключ к тайне жизни, но все мои объяснения пошли прахом! Уже потом, задним числом я понял – этот бедолага студент, едва отучившийся первый семестр, попросту не мог разобраться в том, что я говорил ему с таким пафосом. Впрочем, должен признать, что я не имел особого успеха и у большинства своих коллег, вполне поднаторевших в зубодробительной терминологии.
В течение последующих лет я продолжал свои исследования и постепенно научился излагать собственные идеи так, что их могли воспринять не только студенты-первокурсники, но и люди в принципе далекие от биологии. У меня появились благодарные слушатели – как среди специалистов, так и среди непрофессионалов. Некоторые из них даже оказались воеприимчивыми к проистекавшим из моего озарения духовным идеям. В самом деле, «мембраноцентрическая» биология – это великолепно, но вряд ли бы она заставила меня с криками нестись в библиотеку. Та карибская ночь не только преобразила меня как ученого; благодаря ей я, убежденный агностик, превратился в мистика, верящего в то, что жизнь вечна и не ограничивается сроками существования нашего бренного тела.
О духовном измерении излагаемой здесь истории я расскажу в эпилоге, а пока хочу еще раз повторить урок волшебницы-мембраны: мы не рабы комбинации генетических игральных костей, случайно выпавшей нам при рождении. Мы способны редактировать данные, вводимые в наш биокомпьютер, точно так же, как я сейчас управляю работой программы-редактора, в которой пишу эти строки. Стоит нам понять, как интегральные мембранные белки управляют нашей физиологией, и мы из беспомощных жертв своих генов станем хозяевами собственной судьбы!
Глава IV
Новая физика: прочная опора на пустоту
В 1960-х годах, будучи амбициозным студентом-биологом, я понимал: чтобы получить работу на престижной кафедре, мне необходимо прослушать курс физики. В моем колледже преподавали общую физику на уровне, доступном студентам нефизических специальностей. Был еще один курс – квантовой физики, но мы, биологи, бежали от него как от чумы. По нашему мнению, только мазохисты могли, рискуя испортить себе оценки, записываться на курс, который следовало назвать: «Вот оно есть... а вот его и нет!»
Единственной причиной, которая могла бы побудить меня слушать лекции по квантовой физике, было то, что это давало солидные преимущества при общении с девушками. О, в те годы считалось особенным шиком сказать: «Привет, малышка, я занимаюсь квантовой физикой. А кто ты по знаку зодиака?» Однако я сомневался, что это и вправду сработало бы, – мне почему-то не приходилось встречать физиков на вечеринках. Похоже, они нечасто развлекались подобным образом.
В общем, я решил пойти по простому пути и записался на вводный курс общей физики. Мне не хотелось ставить свои карьерные перспективы в зависимость от настроения какого-нибудь полусумасшедшего дядьки, поющего дифирамбы эфемерным бозонам и кваркам. В итоге я, как и большинство студентов-биологов, узнал о существовании тяготения: то, что тяжелей, стремится оказаться внизу, а то, что легче, – наверху. Что-то я узнал и о свете: присутствующий в растениях хлорофилл и имеющийся в сетчатке глаза животных и человека пигмент родопсин поглощают лучи света некоторых цветов и остаются «слепы» к другим цветам. Я даже узнал кое-что о температуре: при низких температурах биологические ткани замерзают и хорошо сохраняются, а при высоких – оттаивают и портятся. Вот, собственно говоря, и все. (Надеюсь, вы понимаете, что, рассуждая о том, как плохо биологи знают физику, я все-таки несколько преувеличиваю.)
То, что, отвергнув представления о главенстве клеточного ядра и перейдя к «мембраноцентристской» биологии, я попросту не представлял себе последствия такого шага, можно объяснить только моим невежеством по части квантовой физики. Мне было известно, что интегральные мембранные белки, взаимодействуя с сигналами окружающей среды, снабжают клетку энергией. Но я не мог объяснить природу этих сигналов, поскольку ничего не знал о мире квантов.
Я понял, как много потерял из-за того, что пренебрег квантовой физикой, лишь в 1982 году – через десять с лишним лет после окончания университета. Уверен, доведись мне познакомиться с ней еще в студенческие годы, я бы пришел к своему биологическому инакомыслию гораздо раньше.
Итак, вернемся в 1982 год. Я сижу на бетонном полу мрачного складского ангара в Беркли, в полутора тысячах миль от дома, и чувствую себя полным ничтожеством. Мыслимое ли дело – променять карьеру ученого на роль бездарного организатора рок-н-ролльных концертов? Теперь мы на мели – шесть провальных выступлений оставили нас без денег. Наличность в моем кармане иссякла. Я попытался расплатиться кредитной карточкой, но терминал в магазине пригрозил мне, показав череп со скрещенными костями. Мы перебивались кофе и пончиками и проходили описанные Элизабет Кюблер-Росс стадии умирания своего шоу – отрицание, протест, просьба об отсрочке, депрессия и, наконец, смирение... [Kubler-Ross 1997]. Внезапно покой нашего бетонного склепа был взорван пронзительным телефонным звонком. Телефон издавал отвратительные трели, но никто из нас даже не пошевелился.
Не вытерпел заведующий складом: «Ага, он здесь». Подняв голову, я посмотрел вверх со дна моей жизни и увидел протянутую мне телефонную трубку. Звонил ректор медицинской школы на Карибах, с которой я сотрудничал двумя годами ранее. Он двое суток потратил на то, чтобы отследить мои судорожные перемещения из Висконсина в Калифорнию. Зачем? Чтобы спросить, не соглашусь ли я снова заняться преподаванием.
Не соглашусь ли я? Согласится ли рыба вернуться в воду? «Когда?» – возопил я. «Вчера», – хмыкнул он. «Да, да, с удовольствием, но мне нужен аванс». В тот же день мне перечислили деньги, и я поделился ими с музыкантами моей группы. Затем я помчался в Мэдисон, чтобы попрощаться с дочерьми и наскоро упаковать чемоданы. Спустя двадцать четыре часа я маялся в Чикагском аэропорту в ожидании рейса в сады Эдема.
Полагаю, вы уже не раз задали себе вопрос: какого черта я приплел к квантовой физике свои рок-н-ролльные неудачи? Все очень просто – таковы особенности моего лекционного стиля. А для тех, кто привык мыслить прямолинейно, объявляю: сейчас мы вернемся к квантовой физике, благодаря которой я понял, что мысля прямолинейно, мы никогда не проникнем в тайны Вселенной.
