Салли Эди – Мы – электрические. Новая наука об электроме тела (страница 3)

Каждая клетка кожи тоже имеет собственный потенциал и совместно с соседними клетками создает электрическое поле. Заряд кожи можно даже измерить с помощью вольтметра: просто натяните кожу и соедините ее с электродами, и “кожная батарейка” зажжет лампочку. Такую же лампочку можно включить с помощью “батарейки” простаты или молочной железы. А когда электрическое поле нарушается в результате повреждения, это можно почувствовать. Вам знакомо покалывающее ощущение, возникающее, когда вы прикусываете язык или внутреннюю часть щеки? Это ток в месте ранения призывает на помощь окружающие ткани.

Наши кости тоже электрические. Наши зубы электрические. Наши органы электрические, и то же самое относится к покрывающей их эпителиальной ткани. И к клеткам крови. Каждая отдельная клетка – микроскопическая электростанция, создающая крохотный потенциал для передачи внутренних и внешних сигналов.

Раньше мы полагали, что клетки, не относящиеся к нервной системе, используют эти электрические сигналы в основном для решения таких “бытовых” задач, как выброс отходов и регуляция расхода энергии. Однако новые исследования ясно показывают, что их задачи намного шире. Мы с вами “электрифицированы” в гораздо большей степени, чем принято думать.

Недавно выяснилось, что по мере роста плода в утробе матери электрические сигналы формируют “маячки”, которые управляют формированием тела: две руки, две ноги, два уха, один нос. Если в матке эти сигналы нарушаются, все идет наперекосяк, и сейчас ученые работают над тем, чтобы научиться предотвращать врожденные физиологические дефекты путем настройки этой электрической схемы. Что справедливо для рождения, справедливо и для смерти: раковые клетки отличаются аномальным напряжением, и недавние исследования показали, что они используют электрические сигналы для передачи информации о своем окружении. Нарушение этих сигналов может предотвращать процесс метастазирования.

Природным электричеством обладают не только животные, такие же сигналы обнаружены во всех клетках – от водорослей до бактерии E. coli. Растения используют их для отправки сообщений в дальние точки организма, предупреждая о появлении врага и настраиваясь на оборону. Грибы общаются с помощью этих сигналов, когда их тонкие усики нащупывают источники пищи. Бактерии с их помощью принимают решения о создании устойчивых к антибиотикам сообществ. Даже организмы с неясной таксономической классификацией (мы относим их к категории “протистов”) используют электрические сигналы коммуникации.

Я рассказываю вам все это, чтобы вы поняли, что “биоэлектричество” – не просто метафора, не элегантное украшение скучной биохимической реальности. Вы и я – мы в буквальном смысле электрические. Электричество является основой любой жизни. Когда наши клеточные батарейки разряжаются, мы умираем.

Но что, если мы научимся пользоваться выключателем?

Если вам по-прежнему трудно все это понять (или все еще подозрителен мой энтузиазм), знайте, что вы не одиноки. История биоэлектричества отмечена (и в каком-то смысле определена) скептицизмом по отношению к исследователям – со стороны как физиков, так и биологов.

История знает много примеров того, как биологам приходилось вступать в борьбу, чтобы доказать электрическую природу биологических явлений. Сегодня запись электроэнцефалограммы мозга является обычным делом, и трудно представить себе, какие насмешки пришлось пережить изобретателю этого метода Хансу Бергеру, который покончил с собой в 1941 году и так и не увидел, как его детище изменило мир. Даже самые банальные электрические функции тела были признаны реальностью только после длительной и изнуряющей борьбы. В 1960-е годы Питер Митчелл потратил десять лет и немало личных средств на создание собственной лаборатории, чтобы убедить научное сообщество в том, что электричество играет ключевую роль в производстве энергии в клетках. Митчелл был одним из немногих ученых, которым удалось прожить достаточно долго, чтобы дождаться признания своих идей: в 1978 году он был удостоен Нобелевской премии по химии.

Быть может, этот скептицизм объясняется бесконечной борьбой, сопровождавшей обнаружение биоэлектричества. Вероятно, первым из споров по этому вопросу стоит считать открытие Луиджи Гальвани, который в конце XVIII века установил, что именно электричество позволяет двигаться нашим мышцам: наверное, вы слышали о его экспериментах с лягушками, но вы могли не знать, что дискуссия вокруг его открытия разожгла настоящую научную войну во всей Европе. История зарождения концепции биоэлектричества на самом глубоком уровне повлияла на отношение последующих поколений ученых к этой теме и в какой-то степени сформировала структуру науки. В результате научные знания об электрических основах жизни рассеяны по самым разным дисциплинам, и ученые многих специальностей, занимающиеся исследованиями биоэлектричества, считают бессмыслицей исследования на эту же тему, если они проводятся в других сферах науки.

Даже сегодня многие биологи, скорее всего, не знают всей истории биоэлектричества. Когда в 1995 году Мустафа Джамгоз из Имперского колледжа в Лондоне, занимавшийся исследованиями в области онкологии, впервые выдвинул теорию о роли электрических сигналов в развитии рака, коллеги открыто отвергли его идею. И даже сегодня, когда работа Джамгоза получает все более широкое признание, ему часто приходится заново объяснять свои результаты – и начинать с нуля, поскольку иногда одна и та же концепция очевидна для одного ученого, а для другого представляется научной фантастикой.

Эта ситуация отражает некоторую косность в структуре науки: биологи занимаются биологией, оставляя исследования электричества физикам и инженерам. Они даже говорят на разных языках. “Если вы учились на биолога, возможно, у вас был один семестр физики, а может быть, и нет, – комментирует биофизик и специалист в области рака Ричард Нуччителли. – И вы даже не касались электроинженерии”. Не говоря уже об информатике. Может показаться, что это очевидное и нормальное разделение труда, но в результате студенты-физики знают о Тесле и переменном токе, но не о биоэлектричестве в своих собственных телах, а студенты-биологи не знают ни о том, ни о другом. Эта негласная установка, согласно которой каждая область должна “оставаться в своих рамках”, тормозила развитие биологии и науки в целом на протяжении десятилетий. Теперь нам нужны новые рамки, чтобы поместить разные электрические параметры тела под одну крышу и изучать их совместно и согласованно.

Давайте назовем эти параметры электромом.

Идентификация генома и микробиома позволила возвести важнейшие ступени на пути к пониманию всей сложности биологии, и некоторые ученые полагают, что теперь пришло время дать определение электрома – электрических параметров и свойств клеток и образованных ими тканей, а также электрических сил, с которыми, как выясняется, связаны все аспекты жизнедеятельности. Подобно тому, как расшифровка генома позволила установить принципы кодирования в нашей ДНК такой информации, как цвет глаз, так, по мнению специалистов по биоэлектричеству, расшифровка электрома поможет выявить многоуровневые системы коммуникации в нашем теле и позволит нам их контролировать.

Эксперименты последних десяти или пятнадцати лет показали, что мы можем не только расшифровать этот код, но и научиться его переписывать. Исследователи ищут способы направленного воздействия на внутриклеточные электрические цепи, ответственные за все процессы жизнедеятельности – от заживления ран до регенерации и памяти. Например, когда здоровые клетки превращаются в раковые, их электрические сигналы очень сильно изменяются. А восстановление нормального электрического профиля заставляет их возвращаться к исходному состоянию и вновь становиться здоровыми клетками. Другие эксперименты показывают, что некоторые картины электрической активности мозга создают специфический сенсорный опыт, который может быть записан и переписан. Использование этой функции позволило бы создавать более продвинутые протезы, которые человек мог бы ощущать, как собственную кожу. Если клетки действительно передают какие-то сообщения с помощью электричества, расшифровка этого биоэлектрического кода может разрешить некоторые проблемы, которые не удается побороть с помощью уже испробованных генетических и химических методов. Мы как будто вскроем электрическую схему нашего тела и перепрограммируем ее по собственному желанию.

Подобные манипуляции с биоэлектричеством на самом фундаментальном уровне могут привести к невероятным результатам. Сможем ли мы достаточно хорошо интерпретировать эти коды, чтобы исправить нашу биологию в случае поломки? Некоторые специалисты в области биоэлектричества заявляют даже, что понимание логики этого “ПО”[9] позволит программировать наше тело и разум, как компьютер. Они рассматривают целый спектр возможностей: редактирование электрического кода человека для усиления интеллекта, перепрограммирование беспокойных личностей, восстановление ампутированных конечностей или полная перестройка шаблона тела. Если мы действительно электрические, должна существовать возможность программировать нас на клеточном уровне.