Мир под напряжением. История электричества: опасности для здоровья, о которых мы ничего не знали

Затем Нафталин построил масштабные модели улитки и текториальной мембраны и начал искать ответы на некоторые из самых выдающихся загадок уха. Он обнаружил, что спиральная форма улитки очень важна для ее работы как прецизионного музыкального инструмента. Кроме того, он обнаружил, что состав текториальной мембраны связан с малым размером «инструмента». Скорость звука в воздухе – 330 метров в секунду, в воде – 1500 метров в секунду, в 10-процентном желатине – всего 5 метров в секунду, а в текториальной мембране, скорее всего, значительно меньше. Замедляя скорость звука, желеобразное вещество мембраны сокращает длину звуковых волн с метров до миллиметров, позволяя улитке, инструменту миллиметрового размера, принимать и проигрывать для мозга целый мир звуков, в котором мы живем.

Джордж Оффутт подошел к этой проблеме как морской биолог и пришел к похожим выводам с эволюционной точки зрения. Его докторская диссертация в школе океанографии Университета Род-Айленда была связана со слухом у трески. Свою теорию человеческого слуха он впервые опубликовал в 1970 г., а позже развил ее, выпустив книгу Electromodel of the Auditory System («Электрическая модель слуховой системы»). Я взял у него интервью в начале 2013 г., незадолго до его смерти.

Как и Нафталин, Оффутт пришел к выводу, что текториальная мембрана – это пьезоэлектрический сенсор давления. А его подготовка как морского биолога позволила ему утверждать, что человеческие волосковые клетки, – и по своей эволюции, и по функционалу – являются электрорецепторами.

В конце концов, улитка млекопитающих произошла от рыбьего органа под названием лагена, у которого есть волосковые клетки, не слишком отличающиеся от наших, покрытые желеобразной мембраной, тоже похожей на нашу. Но у рыб поверх мембраны расположены структуры, называемые отолитами («ушными камнями») – кристаллы кальцита, пьезоэлектрические свойства которых в сто раз сильнее, чем у кварца. Оффутт утверждал, что это не случайность. Волосковые клетки в ушах рыб, сказал он, чувствительны к напряжению, вырабатываемому отолитами в ответ на звуковое давление[454]. Это, по его словам, объясняет, почему акулы слышат. Рыбы по большей части состоят из воды и должны быть прозрачны для звуков, распространяющихся в воде, если только у них нет плавательного пузыря с воздухом. Соответственно, если верить стандартной теории, акулы, у которых плавательного пузыря нет, должны быть глухи, но это не так. В 1974 г. Оффутт элегантно разрешил это противоречие, введя в свою модель рыбьего слуха электричество. И, соответственно, утверждал он, нет никакой причины считать, что человеческий слух тоже не работает этим же простейшим образом. Если улитка развилась из лагены, значит, текториальная мембрана развилась из отолитовой мембраны и должна быть пьезоэлектриком. А волосковые клетки, которые, по сути, не изменились, все равно должны работать как электрорецепторы.

На самом деле у рыб есть и другие, родственные волосковые клетки, о которых известно, что они являются электрорецепторами. Например, органы боковой линии у рыб отслеживают потоки воды, но на самом деле реагируют не только на воду, но и на низкочастотные звуки и электрический ток[455]. Волосковые клетки этих органов тоже покрыты желеобразным веществом – купулой, и к ним тоже тянется ответвление слухового нерва. Собственно говоря, боковая линия и внутреннее ухо настолько связаны между собой с функциональной, эволюционной и эмбриональной точек зрения, что все подобные органы у всех животных называют акустико-латеральной системой.

У некоторых рыб есть и другие органы, развившиеся из этой системы и обладающие тонкой чувствительностью именно к электрическому току. С помощью этих органов акулы могут обнаруживать электрические поля других рыб или животных и находить их в темноте, мутной воде или даже если они прячутся в песке или грязи на дне. Волосковые клетки этих электрических органов находятся под поверхностью тела в мешочках, называемых ампулами Лоренцини, и опять-таки покрыты желеобразной субстанцией.