Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества

Необходимость прервать исследования была, разумеется, неприятной, однако годы, потраченные на разработку радара, прошли не впустую. Ходжкин и его коллеги военного времени постоянно использовали давно уже сложившиеся представления о том, что электрический ток с большей легкостью протекает по пути широкому и гладкому. На таком пути больше доступных электронов, и, стало быть, «сопротивление» его невелико. А вот по узкому пути электрическому току продвигаться труднее, так как он встречается с большим сопротивлением. Поскольку нервные волокна в массе своей очень тонки (не считая огромных нервных волокон кальмара), они оказывают значительное сопротивление пытающемуся протиснуться сквозь них электричеству. Как объяснял впоследствии Ходжкин, «приглядевшись к нервной системе, инженер-электрик увидит, что перенос сигнальной электрической информации по [узким] нервным волокнам составляет проблему попросту пугающую… [Нервное] волокно мало настолько, что… электрическое сопротивление одного его метра примерно равно сопротивлению 10 000 000 000 миль [более толстого] медного провода, а это близко к расстоянию, которое отделяет Землю от Сатурна.

Если бы инженера-электрика попросили опутать проводкой Солнечную систему, он столкнулся бы с немалыми трудностями».

Нервы должны были работать как-то иначе. Электрический ток не мог протекать посередине аксонов — электрические искорки, которые по представлениям Александера Белла катили по медному проводу его телефона, там пройти не могли. Вместо этого нервы должны были подпитываться со стороны, получая регулярные всплески дополнительного напряжения от чего-то, находящегося снаружи. Все выглядело так, точно инженер, понимавший, что поддерживать постоянный уровень сигнала в длинном проводе будет трудно, предусмотрительно установил вдоль него — через равные промежутки — несколько триллионов подпитывающих устройств.

Вот ими-то и были огромные ионы натрия. Они помогали прохождению нервного сигнала. (Дальнейшие исследования показали, что для проводимости нервных волокон не менее важны и ионы калия, но, поскольку работают они аналогичным образом, мы будем для простоты держаться за натрий.) Когда у нас рождается мысль и нервная клетка нашего мозга выстреливает сигнал, он, не будь этих заряженных ионов натрия, протискивающихся снаружи внутрь клетки, заглох бы, не пройдя и доли миллиметра. Ходжкин и Хаксли показали — и это принесло им Нобелевскую премию, — что клеточная мембрана отнюдь не является сплошным эластичным барьером, непроницаемым и замкнутым, держащим наши мысли под запором в уютных фрейдистских глубинах. Нет, она, скорее, вмещает множество маленьких брешей, которые расширяются, чтобы пропускать ионы натрия. В большом количестве им просачиваться внутрь не приходится — лишь по нескольку тысяч на каждый миллиметр, — но этого хватает.

Все, что запускает натриевые подпитывающие устройства, порождает сигнал. К примеру, в глазах человека, который смотрит на экран компьютера, излучаемые экраном электрические волны ударяют в обладающие замысловатой формой молекулы содержащегося в сетчатке вещества, именуемого родопсином. Представьте себе эти молекулы как некие подобия пальм. Когда на них падает свет, молекулы скручиваются, точно листья пальмы под ударом тайфуна, и часть родопсина — «корни» пальмы — начинает вытягиваться «из земли». А поскольку родопсиновое дерево уходит корнями в раствор из ионов натрия, в основании каждого дерева образуются бреши. Ионы натрия вливаются в них, достигая лежащего ниже нерва, и это порождает сигнал.

При первом ударе натрия по самому кончику нерва с ближайшим миллиметром нервной мембраны происходит нечто странное: она начинает коробиться, пузыриться, искривляться, а затем в ней открываются отверстия, через которые внутрь вливаются ионы натрия. Их появление внутри нервной клетки приводит в такое же состояние следующий участок мембраны — и в нем тоже открываются отверстия. Натрий, скопившийся на мембране, проникает и в этот участок — и такая последовательность событий повторяется по всей длине нерва.

После того как сигнал проходит по всему нерву, нерв этот обращается в подобие грязной, раскисшей губки, покрытой дырами и пропитанной натрием. Прежде чем он снова сможет заработать, ему необходимо восстановиться — извергнуть из себя излишки натрия и закрыть отверстия. Этот процесс — вывод ионов натрия на внешнюю поверхность мембраны и закупорка отверстий, через которые они могут просочиться внутрь, — требует таких энергетических затрат, что 8о процентов поступающей в наш мозг энергии, весь сахар и кислород, все питательные остатки бифштексов, мюслей, засахаренных овсяных хлопьев и шоколадок, уходят именно на то, чтобы закупорить отверстия, через которые в нервные клетки просачивается натрий.