Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи
Внешне этот самый потрясающий орган человеческого тела выглядел на удивление скучно: кусок ткани, покрытый неровными буграми серого вещества. На двух сторонах мозга имелись выступы, как большие пальцы боксерской перчатки, если смотреть сбоку. Отсеченный удлиненный фрагмент ткани остался на том месте, которое когда-то соединялось со спинным мозгом.
Но, срезав ткань сбоку, я будто открыл волшебную коробку. Там был бесконечный набор структур – полосы нервов, заполненные жидкостью желудочки, мешочки, железы и плотные кластеры нервных клеток, называемые ядрами. В середине, как крохотная ягода, отчетливо выделялся гипофиз – одна из немногих непарных желез человеческого организма. Эпифиз (шишковидная железа), в которой, по мнению Декарта, сосредоточена душа, тоже располагался в центре. Все эти железы и ядра содержат уникальный набор клеток, предназначенных для выполнения особой и часто весьма специфической функции. В книге о клеточной биологии не получится описать, каким образом все это бесконечное множество структур (и бесконечный набор клеток – нейронов, клеток, производящих гормоны, и глиальных клеток, поддерживающих функцию нейронов) обеспечивает основополагающие функции мозга. Но мы можем начать изучение мозга с изучения функции нейрона – самой важной его составляющей.
На протяжении нескольких десятилетий в конце XIX века самую многофункциональную и загадочную из всех клеток тела вообще не считали клеткой. Большинство специалистов по микроскопии просто не замечали нейроны. В 1873 году итальянский биолог из Падуи Камилло Гольджи обнаружил, что при добавлении раствора нитрата серебра к прозрачному срезу нервной ткани происходит химическая реакция, приводящая к накоплению в некоторых нейронах черных пятен2. Под микроскопом Гольджи увидел кружевной рисунок. Он счел его сетью непрерывных связей, которую назвал ретикулумом. Клеточная теория находилась в зачаточном состоянии (Шванн и Шлейден только в 1838 и 1839 годах предположили, что все организмы представляют собой скопления клеток), так что Гольджи задумался, не является ли нервная система паутиной из “клеточных придатков” – “запутанным клубком” переплетенных, протяженных клеточных отростков, как называл их один автор3. Но эта теория ничего не объясняла; по мнению Гольджи, нервная система напоминает рыбацкую сеть, состоящую из длинных нитей, выходящих из головного мозга.
Молодой мятежный анатом из Испании поставил теорию Гольджи под сомнение. Гимнаст, атлет и страстный дарвинист (один биограф называл его “застенчивым, нелюдимым, скрытным и резким”4) Сантьяго Рамон-и-Кахаль был сыном учителя анатомии, который вполне в традициях Везалия брал маленького сына с собой на кладбище для вскрытия образцов5. В детстве Кахаль славился своими хитрыми проказами. Его первая “книга” была посвящена изготовлению рогаток, она одновременно отразила в себе его прилежание и презрение к авторитетам. А еще Кахаль беспрестанно рисовал: яйца и гнезда птиц, листья, кости, биологические образцы, анатомические структуры; все природные предметы его восхищали, и он зарисовывал их в блокноте. Позже он сам назвал эту привычку все зарисовывать “непреодолимой манией”6. Он посещал медицинский факультет в Сарагосе, а потом перебрался в Валенсию, где был принят на службу учителем анатомии и патологической анатомии. В Мадриде он случайно встретился со знакомым, который только что вернулся из Парижа, где узнал о методе окрашивания клеток, изобретенном Гольджи.
Многие ученые пытались воспроизвести метод Гольджи, но реакция была капризной и своенравной, так что после окрашивания часто получался лишь черный фрагмент ткани. Если же все удавалось, высвечивалась (скорее даже вырисовывалась) плотная ретикулярная сеть, глядя на которую Гольджи представил себе нервную систему в виде сложной системы непрерывных проводов. Однако талантливый Кахаль детально обдумал метод Гольджи, вновь продемонстрировав одновременно тщательность и недоверие к авторитетам. Он оттитровал нитрат в точном разведении, разрезал ткань на аккуратные фрагменты толщиной с бритвенное лезвие и стал рассматривать нейроны, окрашенные в соответствии с “черной реакцией”, под самым мощным микроскопом. Клеточная структура, которую увидел Кахаль, очень сильно отличалась от той, что наблюдал Гольджи. В нервной системе не было плотной “ретикулярной” сети, не было никаких спутанных проводов. Были отдельные нервные клетки с тонкой анатомической структурой и отростками, соединявшимися с другими отдельными нервными клетками.
Кахаль зарисовал их от руки черными чернилами, создав одну из самых красивых серий рисунков в истории науки. Одни нейроны походили на деревья с тысячами ветвей: плотные кроны отростков вверху, пирамидальное клеточное тело в середине и нечто вроде ствола внизу. Другие напоминали звезду с многочисленными лучами или многоголовую гидру. Третьи имели невероятно тонкие пальцевидные отростки. Были нейроны компактной формы, а были такие, что протягивались от поверхности мозга в более глубокие слои.
Но Кахаль заметил, что при всем своем невероятном разнообразии многие нейроны имеют одинаковые признаки. У них есть тело (сома), от которого отходят десятки, сотни или даже тысячи отростков, названных дендритами. И еще есть выходной канал – аксон, – протягивающийся до соседних клеток. Важно, что аксон одного нейрона отделен от второго нейрона пространством, которое называют синапсом[120]. Да, нервная система – это система проводов, только этими проводами служат клетки, связанные с Другими клетками, которые связаны с третьими, и промежуточное пространство между ними.
На основании этих рисунков – столь же изумительно прекрасных, сколь и скрупулезно точных – Кахаль сформулировал свою теорию строения нервной системы. Он утверждал, что информация передается по нервам в одном направлении. Дендриты (отростки, отходящие от тела клетки) принимают импульсы. Импульсы передаются по соме, выходят через аксон и через синапс подаются на соседнюю нервную клетку. Далее этот процесс повторяется в следующей клетке: уже ее дендриты принимают импульсы, переносят по соме и через аксон направляют к следующей клетке. И так до бесконечности.
Таким образом, процесс нервной проводимости заключается в передаче импульса между клетками. Нет никакой единой ретикулярной паутины “клеточных отростков”, как предполагал Гольджи, или континуума “клеток-граждан”, как в сердце. Скорее нервные клетки “беседуют” друг с другом, собирая входящие импульсы (с помощью дендритов) и передавая исходящие (с помощью аксонов). Именно эта клеточная (и межклеточная) беседа обуславливает основные атрибуты нервной системы: чувства, сознание, память, мышление и ощущения.
В 1906 году Кахаль и Гольджи одновременно были удостоены Нобелевской премии за установление структуры нервной системы7. Возможно, то была самая странная премия за всю историю: она была не столько наградой, сколько ознаменованием перемирия, поскольку идеи Кахаля и Гольджи относительно структуры нервной системы были диаметрально противоположными. Со временем, когда появились более мощные микроскопы, подтвердилась справедливость
