Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

Мой любимый пример – ДНК-секвенирование. Еще шестьдесят лет назад наш вид даже не идентифицировал молекулу ДНК как наследственный материал и понятия не имел, из чего она состоит и как образуется. Вплоть до 50-х годов XX века исследователи в области химии и физики открывали потрясающую информацию о структуре «невидимых» соединений, таких как белки и углеводы (компоненты живых организмов), что было еще одним не менее впечатляющим достижением, расширяющим наши горизонты. Однако люди смогли преумножить знания по химии, потому что вышли за пределы диапазона своих чувств. Для визуализации трехмерной структуры молекул использовали рентгеновские лучи. И действительно, огромным шагом в области расшифровки физической структуры этой важной молекулы было использование рентгеновских лучей для изучения кристаллических структур молекул, таких как ДНК. В 1953 году Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик, Морис Уилкинс и Розалинд Франклин смогли зафиксировать структуру ДНК в виде двойной спирали диаметром 10 ангстрем. Этот диаметр на несколько порядков выходит за пределы диапазона, который мы обычно способны видеть глазами. Но эта структура была важна, потому что, как несколько иронично отметили Уотсон и Крик в статье 1953 года в журнале Nature, предложенная структура не избежала их внимания, «и, если посмотреть на эту парную структуру, становится понятен возможный механизм копирования генетического материала». Чтобы увидеть двойную спираль и понять, как она работает при переносе генетической информации, было необходимо, чтобы человек научился видеть в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения. После получения этих данных следующим шагом становилось выяснение механизма, с помощью которого ДНК передает наследственную информацию. В нескольких главах этой книги я показал вам, что представляют собой последовательности ДНК и почему они важны. Но как на самом деле ученые «видят» те нуклеотиды (G, A, T и C), которые составляют последовательности? Размер нуклеотида слишком мал (даже меньше чем 10 ангстрем – диаметр двойной спирали ДНК), чтобы его можно было увидеть даже через самые мощные используемые учеными электронные микроскопы. Прочтение состава жизни (так называют наш геном) – отличный пример преодоления сенсорного шума и способности выйти за ограниченный диапазон восприятия и интерпретации набора предложенных сенсорных ориентиров, которые не имели бы никакого смысла для любых других видов на планете. В этом отношении способ, которым мы видим ДНК, – по сути «тайное знание», и только несколько миллионов человек на Земле могут получить сенсорную информацию, собранную с целью прочитать последовательность генома и понять его. В основном ученые использовали химическую природу нуклеотидов и ДНК для усиления сигналов, чтобы дать нам визуальную последовательность нуклеотидов, которую мы интерпретируем как последовательность ДНК. Вместо световых волн, воспринимаемых в качестве сенсорной информации, используются химические реакции. Затем на выходе они интерпретируются в зрительную информацию на экране компьютера, и уже ее можно увидеть глазами. Это похоже на волшебство, хотя на самом деле есть несколько базовых, но оригинальных изобретений, позволяющих прочитать эти маленькие молекулы за пределами нашего визуального диапазона. Это не просто способность видеть маленькие объекты, которые мы обнаружили. Большинство тех, кто сейчас занимается астрономией и астрофизикой, берут данные, которые не имеют почти ничего общего с нашей развитой способностью видеть, и преобразуют их в изображения, которые мы можем видеть и интерпретировать. Хотя оптический телескоп усиливает способность сетчатки поглощать световые волны, исходящие от предметов на ночном небе, радиотелескоп принимает радиоволны в несколько раз длиннее тех длин волн, которые мозг использует для интерпретации света, и преобразует данные радиоволн в потрясающе информативные изображения планет и солнц, находящихся за много световых лет от Земли.