У майбутньому, можливо, навчаться змінювати генетичну складову яйцеклітини таким чином, що у з'явився в результаті цього на світ дитини розвинуться особливі здібності - скажімо, високий інтелект або схильність до спортивних досягнень. З подібним розвитком подій дійсно можуть бути пов'язані етичні проблеми, а також небезпека, що втручання надасть непередбачене негативний вплив на дитину. Яйцеклітини і ембріони - це надзвичайно складні освіти, і ми ще не розуміємо їх сутність в достатній мірі, щоб брати на себе відповідальність за майбутні життя.
8. Як ми рухаємося, думаємо і відчуваємо
Як повідомляються один з одним нервові клітини
Сіра, м'яка, грудкувата маса, яку представляє собою людський мозок, абсолютно справедливо вважається найскладнішим утворенням у Всесвіті. У нашому мозку міститься близько 100 мільярдів нервових клітин, які також називають нейронами, і ще більше число клітин, які забезпечують їх діяльність. Те, що вся ця маса клітин дозволяє нам мислити і відчувати, видається майже неймовірним. Все, що ми робимо, визначається цим неймовірно складним спільнотою нервових клітин. Однак для нас як і раніше багато в чому загадка то, як саме вони сполучаються один з одним, щоб ми могли думати і відчувати відчуття, усвідомлювати, що ми робимо, або хоча б йти і одночасно думати про щось.
Будь-які наші дії здійснюються завдяки сигналам, якими обмінюються між собою нервові клітини. Довгі відростки нервових клітин часто збираються разом в загальні пучки. Кожен такий пучок в просторіччі називається нервом - він може досягати щодо великого розміру. На додаток до власне нервовим клітинам в нашому мозку є чимало клітин, відомих під назвою гліальних. Їх функція полягає не в передачі сигналів, а в забезпеченні ізоляції нервових волокон, в харчуванні нервових клітин і видаленні відходів їх життєдіяльності.
Нервові клітини повідомляються один з одним, а також посилають сигнали через довгі нервові закінчення, які змушують наші м'язи скорочуватися. Однією з основних функцій нашого мозку і причиною його виникнення з еволюційної точки зору є контроль за скороченням наших м'язів. Завдяки цьому мозкового контролю ми і здатні рухатися.
З урахуванням неймовірної складності всіх нервових з'єднань в мозку неминуче постає питання: яким чином створюються всі ці зв'язки і з'єднання в період формування мозку? Хорошим питанням є і те, наскільки глибоко визначаються унікальні відмінності одних нервів від інших в ході розвитку ембріона. Насправді різні комбінації з усього 37 генів могли б в принципі визначити унікальний характер кожного з мільярдів нервів в мозку. Проте яким саме чином це гігантське співтовариство нервових клітин, повідомляючи один з одним, здатне породити наші думки, емоції, руху і сама свідомість, до сих пір залишається загадкою.
Головний обов'язок нервових клітин - швидко передавати сигнали іншим клітинам, в першу чергу - сусіднім нервовим клітинам і клітинам м'язів. Дуже важливі нерви, які переносять інформацію з різних частин тіла в мозок, завдяки чому ми відчуваємо те, що відбувається навколо нас. Інші нерви дозволяють нам відчувати, відчувати біль (і, отже, допомагають усунути хвороба - причину болю), бачити, розрізняти запахи і температуру навколишнього середовища, - словом, вони поставляють нам найрізноманітнішу інформацію.
Кожна нервова клітина має область, в якій знаходиться її ядро з генами і мітохондріями. У цій області відбувається синтез білків, і від неї відходять довгі тонкі відгалуження. Одне з таких відгалужень, особливо довге, - так званий аксон, який передає сигнали іншим нервовим клітинам і розташованим на значній відстані м'язам. Аксони, що відходять від нервових клітин, часто пов'язані в пучки - нерви. Аксон, будучи лише одну соту міліметра в діаметрі, може досягати одного метра в довжину. Такі аксони, що йдуть від спинного мозку до м'язів рук і ніг. На кінці аксон може розгалужуватися, і таким чином сигнал від нього надходить одночасно відразу декільком нервах і м'язам. Волокна аксонів оточені оболонкою з особливих ізолюючих клітин, які дозволяють сигналу швидше проходити через нерв. Втрата ізолюючих клітин призводить до розсіяного склерозу.
З області нервової клітини, де розташовано її ядро, виходить також безліч дрібніших відростків, званих дендритами; саме вони приймають сигнали від інших нервів. У людському мозку одна нервова клітина може мати до 100 тисяч дендритів. Зона контакту двох нервових клітин називається синапсом - і таких зон у кожної клітини від 5 до 299 тисяч. Численні зв'язку і з'єднання величезної кількості різних нервових клітин роблять наш мозок надзвичайно складною структурою. Щоб остаточно зрозуміти, яким саме чином він функціонує, вченим ще потрібно провести гігантське число досліджень і, напевно, величезна час.
Всі нервові клітини передають сигнали по своїм аксонам і дендритам одним і тим же способом - за допомогою іонів натрію, що генерують електричний заряд. З нервової клітини, що знаходиться в спокійному стані, іони виводяться постійно. Якщо ж на оболонку клітини впливає імпульс, що приходить від іншої клітини, то іони, навпаки, повертаються в неї через відкрилися пори. Однак нервова клітина ніколи не буває в захваті від вступу до неї додаткових іонів натрію, і тому пори в оболонці швидко закриваються, а іони починають откачиваться назад в зовнішнє середовище. Все це раз по раз викликає зміни електричного потенціалу всередині нервової клітини і надає ключове вплив на її функціонування.
У проходженні електричного заряду, який називають потенціалом дії, по аксону і полягає механізм передачі сигналу нервовою клітиною. Сам сигнал зазвичай називають нервовим імпульсом. І прямо в цю секунду по мільярдам ваших нервових клітин передаються мільярди нервових імпульсів.
Коли нервовий імпульс досягає кінця аксона, то він - в тому випадку, якщо тут, в районі кінця аксона, розташована інша нервова клітина, - доходить до синапсу. Тут, між кінцем аксона і оболонкою приймаючої сигнал клітини, є розрив, через який електричний сигнал не може пройти. Щоб подолати цю перешкоду, викидається невелика кількості хімічних речовин - нейротрансмітерів, які створюють "міст" між синапсом і оболонкою приймаючої сигнал клітини і зв'язуються з розташованими на цій оболонці рецепторами.
Такі нейротрансмітери, як адреналін, допамін і серотонін, змінюють електричний потенціал клітини, яка прийняла сигнал, і тим самим спонукають її передати його далі. Таким чином електричний імпульс перетворюється в хімічний сигнал, який потім знову перетвориться в електричний імпульс.
Подібні події в області синапсів - це основа взаємодії нервових клітин в нашому мозку. Одна нервова клітина, як уже говорилося, може мати тисячі синапсів, завдяки яким вона пов'язана з іншими нервовими клітинами, і всі разом вони визначають, чи стане ця нервова клітина джерелом нервового імпульсу і чи буде вона передавати його далі.
Подібним чином передаються сигнали м'язовим клітинам, що викликає скорочення скелетних м'язів і призводить до рухів наших тел. М'язові клітини можуть бути надзвичайно великими, якщо порівнювати їх розміри з розмірами інших клітин; вони мають волокнисту структуру і досягають в довжину декількох сантиметрів. Це не зовсім звичайні клітини - вони являють собою з'єднання безлічі клітин, що злилися разом, і тому мають багато ядер. Втім, є й інші м'язові клітини - наприклад, м'язові клітини серця - одноядерні і невеликі за своїми розмірами. Однак все м'язові клітини, якими б вони не були, скорочуються завдяки тому, що містяться в них білки актин і міозин ковзають щодо один одного. Ініціює скорочення особливу хімічну речовину, яка викидається в розташованому на кінці м'язового нерва особливому місці, подібному синапси. Викид цієї хімічної речовини викликає, по ланцюжку, зміна електричного заряду в оболонці м'язової клітини, вивільнення в клітці іонів кальцію, зміна стану міозину, внаслідок чого він взаємодіє з актином, - і, нарешті, відбувається скорочення м'язів.
Мій колега Джеффрі Бернсток поставив перед собою завдання дізнатися, як нерви викликають мимовільні скорочення гладкої мускулатури - наприклад, мускулатури стінок кишечника. Вважалося, що цей процес схожий з процесом довільних скорочень звичайної мускулатури, тих же м'язів рук і ніг, - нерв проводить електричний імпульс, який викликає викид нейротрансмітера, а той зв'язується з оболонкою м'язової клітини і активує її. Бернсток розробив метод, за допомогою якого він міг реєструвати електричну активність гладкої мускулатури, і виявив, що блокування всіх відомих нейротрансмітерів не заважало нервах активувати мускулатуру стінок кишечника. Значить, активовано її щось досі невідоме.