Гомо Сапиенс. Человек разумный
Если вы еще не надоели вашему другу-биологу, попросите заодно показать вам и нейрон. Сперматозоид поражает своим непрестанным движением, а нейрон чарует своей удивительной формой. Как и у обычной клетки, у нейрона имеется скучная округлая часть, где находится ядро и ДНК. Но это тело клетки – лишь малая часть картины. От него отходят длинные узкие отростки, которые ветвятся снова и снова, как у дерева. Сперматозоид строен и минималистичен, нейрон же – это барокко и орнаментализм микромира.
В стомиллионной толпе сперматозоидов каждый из них плывет самостоятельно. И своей цели – оплодотворить яйцеклетку – добьется только один. В этом соревновании победитель получает все. Как только сперматозоид-победитель достигает успеха, яйцеклетка меняет свою поверхность, создавая барьер, который препятствует проникновению других сперматозоидов. И неважно, что свело их вместе – счастливый брак или грязная интрижка: сперматозоид и яйцеклетка всегда образуют моногамную пару.
Однако ней нейрона, который был бы как остров. Нейроны любвеобильны и полигамны. Каждый обнимает тысячи других при помощи своих ветвей, извивающихся и переплетающихся, словно спагетти. Так нейроны образуют сеть, все элементы которой в высочайшей степени взаимозависимы.
Сперматозоид и нейрон олицетворяют собой две великих загадки – жизни и разума. Биологам хочется узнать, каким образом бесценный груз ДНК, содержащийся в сперматозоиде, кодирует половину всей информации, необходимой для человеческого существа. Нейробиологам хочется узнать, каким образом гигантская сеть нейронов может думать, чувствовать, помнить и воспринимать – иными словами, как мозг создает потрясающий феномен мышления.
Тело человека тоже по-своему удивительно, однако мозг в нем – главная тайна. То, как сердце качает кровь, или то. как легкие набирают воздух, напоминают нам коммунальные системы в нашем доме. Может быть, эти системы и сложны, но они не кажутся нам загадочными. Вот мысли и эмоции – другое дело. Можем ли мы по-настоящему понять, каким образом их порождает мозг?
Себастьян Сеунг «Коннектом. «Как мозг делает нас тем, что мы есть»
Пусть человек созерцает Природу во все ее обширном великолепии; пусть отстранит от своих глаз низменные предметы, что окружают его, и увидит ослепительный свет, озаряющий мир подобно вечному маяку; пусть Земля предстанет перед ним как малая точка, лежащая в границах обширного круга, описываемого этой звездой, и пусть он затрепещет при мысли, что эта бескрайняя окружность сама по себе кажется лишь малой песчинкой с точки зрения тех звезд, что движутся по небосводу.
То же самое следует сказать и о тайнах человеческой души, открываемых нейробиологией и экспериментальной психологией. Они оказались куда интереснее и глубже любых мистических фантазий. Интереснее хотя бы потому, что их действительно можно открывать. Их можно проверять фактами и экспериментами, а не просто придумывать и принимать на веру. Глубже – хотя бы потому, что любые тайны мистического свойства, если проследить их до основания, очень быстро упираются в какую-нибудь «беспричинную первопричину» или другой абсурд и непознаваемость. Поначалу это завораживает, но вскоре становится скучно. Сети из миллиардов нейронов, между которыми связей больше, чем звезд в Галактике, завораживают куда сильнее, стоит только начать в них разбираться.
Наука не убивает душу. Она ее открывает и даже в каком-то смысле создает. А еще – берет ее за ручку и выводит из детского сада со сказочными картинками на стенах в огромный и прекрасный мир реальности.
Разглядывая безмерность звездных глубин мироздания, Блез Паскаль был поражен и смущен. Он признавался, что его страшит «вечное безмолвие этих бесконечных пространств». Но французский философ не знал, что внутри его черепа заключена совершенно иная и также устрашающая сложность – его мозг.
Мозг любого человека складывается из практически неисчислимого количества нервных клеток – нейронов, связанных между собой немыслимым числом связей. Это скопище элементов способно устрашить любого исследователя, вознамерившегося понять, как в наших головах возникает сознание, мысли и образы.
Для обозначения единой карты нейронных соединений в мозге в 2005 году два американских исследователя – Олаф Спорнс и Патрик Хагман – предложили термин «коннектом». Видимо, от английского слова connection – соединение, связь – и по аналогии с уже знакомым людям термином «геном».
Изучение коннектома естественно было начинать с малого. Так и поступили. Выбрали простейший объект – червя Caenorhabditis elegans (сокращенно – C. elegans).
У этого забытого богом создания, круглого червя длиной в один миллиметр всего три сотни нейронов, и они не сосредоточены в отдельном органе, а рассеяны по всему телу. В настоящее время построена полная карта нервной системы C. elegans. Она напоминает летную карту из тех, что можно видеть на страницах журналов, выпускаемых авиакомпаниями. Большая сеть нейронов-«городов», связанных между собой линиями-«маршрутами».
Это, видимо, самая простейшая карта коннектома примитивного живого существа. Но и она потребовала громадного труда многих исследователей и долгих лет работы. И потому легко представить себе, какие неимоверные трудности-преграды возникнут, если мы замахнемся на создание человеческого коннектома. И все же несмотря на все это в 2009 году Национальный институт здоровья США запустил специальный проект – «Коннектом человека» с первоначальным финансированием в 30 миллионов долларов. В этом амбициозном начинании участвуют уже ученые многих стран мира.
Здесь уместно будет вспомнить и о другом масштабном проекте «Геном человека». Это был также большой вызов науке. Тогда секвенирование всего человеческого генома казалось почти неосуществимым делом. И все же ученые дружно взялись за работу. Она закончилась победно в 2000 году. Проект длился десять лет и обошелся в 6 миллиардов долларов.
Стоит подчеркнуть, что проекты «Геном человека» и «Коннектом человека» качественно разные.
В «Геноме» требовалось расшифровать структуру молекулы наследственности ДНК (сокращение слова дезоксирибонуклеиновая кислота), длиннющую молекулу, напоминающую цепь.
Ее отдельные звенья – нуклеотиды, повторяющиеся небольшие молекулы всего четырех типов, обозначаемые буквами А (аденин), Г (гуанин), Т (тимин) и Ц (цитозин). И анализ ДНК заключался лишь в том, чтобы показать, как у данного живого существа природа соединила в цепочки эти четыре основных компонента.
Таким образом, геном человека – это последовательность нуклеотидов вашей ДНК, представляемая как длинный ряд букв четырехбуквенного химического алфавита. Расшифровка ДНК достигла высокого совершенства. Скоро мы сможем быстро и недорого узнавать полную последовательность букв собственной ДНК.
Еще важная черта генома – молекулу наследственности ДНК можно извлечь из любой клетки (скажем, из капельки крови), всюду запись генома будет идентичной, характерной для данного живого существа. Иное дело – коннектом, он дается нам лишь в единственном числе и заключен в черепной коробке. И тут уже имеешь дело не с четырьмя буквами, а со всей бесчисленной армией нейронов, связанных самым замысловатым способом!