Металлы, которые всегда с тобой

Остановимся на одном типе натриевого насоса, который встречается лишь у галобактерий — микроорганизмов, обитающих в очень солёных водоёмах. Они могут развиваться только в воде с содержанием хлористого натрия не менее 12 %. Всякое понижение концентрации солей для них гибельно (начинает возникать осмотический шок). Поэтому-то впервые они были обнаружены именно в испарительных бассейнах, из которых добывают соль. У галобактерий натриевый насос работает, помимо всего прочего, за счёт световой энергии, поскольку часто им не хватает энергии окисления, энергии дыхания. Для этого служит специальный белок — бактериородопсин.

Родопсин, или зрительный пурпур,— это светочувствительный сложный белок, который заключён в сетчатке глаза к качестве зрительного пигмента палочковых клеток. Поглощая квант света, родопсин распадается, вызывая возбуждение зрительного нерва. В темноте же он синтезируется вновь. Так вот, аналогичный белок, обнаруженный в галобактериях, назвали бактериородопсином. У них ро-. допсин служит дополнительным насосом, работающим от световых квантов. Сложную структуру и этого белка удалось расшифровать коллективу исследователей под руководством академика Ю. А. Овчинникова.

И опять польза от соли, которую мы потребляем с пищей: она способствует созданию определённой концентрации ионов натрия в плазме крови, то есть во внеклеточном пространстве, если за клетки принимать эритроциты. И вот почему кровь соленая... Разность же электрохимических потенциалов, возникшая благодаря ионам натрия, является источником энергии для доставки питательных вещёств клетке, что и обеспечивается натриевым насосом.

Нервы — живые провода

Разделённые мембранами ионы калия и натрия становятся главными исполнителями ещё одного удивительного действа — передачи нервного импульса. Характерно, что природа для распространения сигналов пользуется теми же средствами, что и человек,— вернее, мы скопировали у природы способ электрической передачи информации. Единственное различие здесь, пожалуй, в том, что природа прибегает одновременно и к услугам химии. Иными словами, передача нервного импульса (сигнала) происходит при помощи разности потенциалов, создаваемой ионами.

Предположение о химической природе нервного возбуждения было высказано тем же Дюбуа-Реймоном ещё в 1877 году; однако его подтверждение — уже достижение современного естествознания.

Как известно, передача нервного раздражения происходит благодаря специальным нервным клеткам — нейронам. Их особенностью является то, что они имеют многочисленные отростки разных размеров, один из которых, самый длинный, называется аксоном и служит проводником сигналов для органа, с которым соединяется. Аксон представляет собой нечто вроде изолированного телеграфного кабеля. Впрочем, сравнение это несколько условно; аксон похож скорее на трубу, в которой находится жидкость, и сам он погружён в жидкость. Обе эти жидкости — и наружная, и внутренняя — хорошо проводят электрический ток, ибо содержат растворённые соли.

И здесь, как и во всякой живой клетке, мы опять встречаемся со знакомой картиной. В жидкости, омывающей аксон, содержатся ионы натрия и хлора; во внутренней жидкости — катионы калия и органические анионы. Разумеется, такая конструкция проводника уступает проволочному кабелю в электропроводности (примерно 100 м/с против почти мгновенной у медного провода). Но для данных целей этого, видимо, достаточно, ибо природа пошла несколько иным путём: у животных, которые должны ответить мгновенной двигательной реакцией на те или иные опасные ситуации (например, реактивное движение кальмара), развились гигантские аксоны с большим поперечным сечением для быстрой передачи импульса. Мы не напрасно упомянули о кальмарах. Для электрофизиологических экспериментов именно их аксоны являются идеальными объектами; при этом выводы, полученные при исследовании, можно смело распространить и на все другие нервные волокна.

Счастливой находкой такого замечательного объекта для выяснения природы нервного импульса наука обязана английским исследователям А. Ходжкину и Э. Хаксли, работавшим в Морской биологической лаборатории в Плимуте.

Логично предположить, что у очень крупных кальмаров должны быть невиданных размеров аксоны. А такие кальмары, или, как их называют, спруты, многократно описанные в приключенческих книгах, действительно существуют, и их тела могут достигать десятков метров. Одни глаза у таких чудовищ величиной с тарелку, можно представить, какие же у них шупальца! Но, увы, такие экземпляры встречаются крайне редко, и вряд ли их можно поймать да ещё невредимыми доставить к столу экспериментатора. Физиологи для своих исследований применяют аксоны небольших кальмаров с полуметровыми щупальцами. Зато одиночное нервное волокно у них толще, чем у позвоночных животных, чуть ли не в 1000 раз. Вот такой аксон и называют гигантским. В него можно вводить микроэлектроды и замерять различные характеристики электрического тока.

Электричество внутри нас