Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

Существуют разные типы транзисторов, но в простейшем случае это микроскопическое устройство, в которое поступают два электрических сигнала, а выходит один. Первый из входящих сигналов воздействует на кремниевый полупроводник в транзисторе таким образом, что тот начинает проводить электричество, и это позволяет пройти второму сигналу, который выходит из транзистора и продолжает движение по электрической цепи. В отсутствие же первого сигнала полупроводник электричество не проводит и второй сигнал не вызывает исходящего. То есть для того, чтобы транзистор стал транслировать сигнал, он должен получать оба сигнала одновременно. А это означает, что транзистор благодаря своей кремниевой начинке совершает логическую операцию обобщения двух сигналов в один. В комбинациях из миллиардов таких логических операций и состоит работа цифрового компьютера.

По той же причине, по которой кремний лежит в основе современных технологий, химические синапсы составляют главный элемент строения мозга. Дело не в том, что такие синапсы лучше проводят электричество, а в том, что они проводят его по-разному.

Самая дорогая деталь

У млекопитающих порядка половины энергобюджета организма уходит на работу всего одного белка, имеющегося в мембране каждой клетки¹⁵. Вдумайтесь: половина того, что вы едите и вдыхаете, расходуется на один-единственный вид молекул, так называемый натрий-калиевый насос. Его можно представить себе как шлюз, который поднимает корабль от подножья водопада к его вершине, то есть в сторону, противоположную естественному движению. Свалиться с водопада вниз можно самопроизвольно, то есть без затрат энергии, но для работы шлюза энергию нужно потратить. Натрий-калиевый насос точно так же двигает калий и натрий в неестественном направлении, что стоит нам огромных затрат.

КСТАТИ

Металлы, такие как калий, натрий и кальций, в водном растворе обычно существуют в виде положительных ионов. Ионы – это заряженные атомы, то есть атомы с перманентно оторванным или лишним электроном. В случае металлов электрон у атомов оторван, из-за чего их заряд становится положительным, то есть натрий или калий можно представить как свободно плавающие «плюсы». Но если электроны (свободно плавающие «минусы») всегда одинаковые, то разные ионы с одним и тем же зарядом могут быть разными химическими элементами, а значит, их можно отличить друг от друга. Этим занимаются белки, называемые ионными каналами и ионными насосами. Оба этих типа белков «настроены» на определенный ион и могут переносить его через мембрану. Каналы – это просто фильтры, пассивно пропускающие свой ион оттуда, где его много, туда, где его мало. Бывают каналы, которые открыты постоянно, бывают такие, которые открываются по сигналу. В отличие от каналов, насосы активно качают ионы, тратя при этом энергию, но зато могут двигать ионы туда, куда те самопроизвольно двигаться не хотят, то есть туда, где их и так много.

Каждый «цикл» шлюза-насоса закачивает внутрь клетки два иона калия, выкачивает наружу три иона натрия и съедает одну молекулу АТФ – как помнит читатель, это наша главная молекулярная «энерговалюта». В результате снаружи клетки становится больше натрия, а внутри – больше калия. Но из-за разного количества «плюсов», качаемых в разные стороны, наружная сторона мембраны становится к тому же еще более положительно заряженной, чем внутренняя. То есть снаружи теперь много натрия и относительный «плюс», а внутри много калия и относительный «минус» – такие относительные заряды еще называют потенциалами. На мембране благодаря натрий-калиевому насосу возникает напряжение, которое постоянно тянет натрий внутрь. А клетка его туда не пускает[39].