Биология веры. Как сила убеждений может изменить ваше тело и разум

Настоящая глава представит вам моего номинанта на роль того истинного мозга, который управляет жизнью клетки, – клеточную мембрану. Я уверен, что когда вы поймете, как работают ее химическая и физическая основы, вы вслед за мной станете называть ее волшебницей. А когда вы соедините свое понимание деятельности волшебницы мембраны с квантовой механикой, которое приобретете из следующей главы, то поймете еще и то, насколько неправы были бульварные газеты в 1953 г. Истинная тайна жизни заключена вовсе не в прославленной двойной спирали. Она – в элегантно простых биологических механизмах этой волшебницы мембраны, при помощи которых организм преобразует сигналы окружающей среды в поведение.

В 1960-х гг. я начал изучать клеточную биологию. Если бы тогда кто-то сказал, что мембрана – это мозг клетки, то его просто-напросто подняли бы на смех. Ничего особенного в мембране ученые тогда не видели. Для них это была только лишь незамысловатая трехслойная полупроницаемая оболочка, не позволяющая вытекать цитоплазматическому содержимому.

Одна из причин такой недооценки мембраны была в том, что она очень тонкая. Толщина клеточной мембраны составляет всего лишь семь миллионных долей миллиметра. При такой толщине рассмотреть ее можно лишь в электронный микроскоп, который был разработан только после Второй мировой войны. Так что до 50-х гг. XX века биологи даже не могли экспериментально подтвердить, что клеточная мембрана существует. Вплоть до этого времени многие из них думали, что цитоплазма клетки не растекается, потому что имеет желеобразную консистенцию. Но вооружившись микроскопами, биологи установили, что все живые клетки окружены мембраной и что во всех случаях она имеет фактически одно и то же трехслойное строение. Между тем за этой простотой кроется существенная функциональная сложность.

Исследователи в области клеточной биологии открыли для себя поразительные способности клеточной мембраны, изучая самые примитивные организмы нашей планеты – прокариоты[16]. Прокариоты, к которым относятся бактерии и некоторые другие микроорганизмы, состоят только из капельки водянистой цитоплазмы, заключенной в клеточную мембрану. И хотя прокариоты представляют собой жизнь в ее наиболее примитивной форме, их существование вполне осмысленно. Они реализуют основные физиологические процессы жизнедеятельности точно так же, как и более сложные клетки. Бактерии поглощают пищу, переваривают ее, дышат, выделяют наружу отходы и даже демонстрируют «нервную» деятельность. Они способны чувствовать, где находится пища, и передвигаться к ней. Они способны распознавать опасные для себя вещества и организмы и целенаправленно избегать их для сохранения собственной жизни. Иными словами, прокариоты демонстрируют разумное поведение!

Но какая же структура придает клетке-прокариоте ее «разумность»? В ее цитоплазме нет таких явных органелл, как в более высокоразвитых клетках эукариот, например ядер или митохондрий. Единственная организованная клеточная структура, которую можно рассматривать в качестве кандидата на мозг прокариоты, – это ее мембрана.

Хлеб, масло, оливки и душистый перец

Когда я более или менее свыкся с идеей, что мембраны – неотъемлемый атрибут разумной жизни, я решил внимательно разобраться в их структуре и функциях. В результате у меня сложилась своеобразная гастрономическая аналогия (шуточная, разумеется), хорошо иллюстрирующая базовую структуру клеточной мембраны. В основе этой аналогии лежит обычный бутерброд – два куска хлеба со слоем масла между ними. Чтобы аналогия была более полной, я украсил его двумя видами оливок – обычными и нафаршированными душистым перцем. Гурманы, только не надо стонов! Когда я в одном из курсов лекций решил обойтись без своего бутерброда, слушатели тут же спросили меня, куда он подевался!

Вот простой эксперимент, демонстрирующий работу такой мембраны-бутерброда. Соорудите бутерброд из хлеба и масла (пока что без оливок). В нашем эксперименте он будет изображать участок клеточной мембраны. А теперь вылейте на него чайную ложку подкрашенной жидкости.

Как хорошо видно на втором снимке, краска проникает сквозь хлеб, но останавливается, дойдя до масла – жидкий слой посередине бутерброда оказывается довольно-таки эффективным барьером.

А теперь сделаем бутерброд с фаршированными и пустыми оливками.

Если мы теперь польем наше сооружение краской и рассмотрим его поперечное сечение, то картина будет иной. Дойдя до оливок, заполненных душистым перцем, жидкость остановится точно так же, как и в случае масла. А вот пустотелая оливка с удаленной косточкой образует в бутерброде канал, пройдя сквозь который, жидкость сможет достичь нижнего куска хлеба и просочиться на тарелку, которая в нашей аналогии выступает в роли цитоплазмы клетки. Иными словами, благодаря пустотелым оливкам подкрашенная жидкость благополучно проникает сквозь на первый взгляд непроницаемый мембранный барьер.