После этого я задумался над тем обстоятельством, что мембрана, состоящая из одних только фосфолипидов, представляла бы собой аналог хлеба с маслом – без оливок. В описанном выше опыте подкрашенная жидкость в этом случае не смогла бы проникнуть сквозь «масляный» (липидный) барьер. Такой бутерброд из хлеба и масла не мог бы ничего проводить. Но если в игру вступают «оливки» – ИМБ, мембрана становится проводящей для одних веществ и непроводящей для других. Поэтому я продолжил свое описание мембраны следующим утверждением: «Мембрана – это полупроводник».
Наконец, я решил включить в свое описание две наиболее распространенные разновидности ИМБ. Таковыми являются рецепторы и класс эффекторов, называемых каналами, – именно эти белки позволяют клетке выполнять важнейшую функцию пропуска внутрь питательных веществ и выпуска наружу шлаков. Я уже готов был написать, что мембрана содержит «рецепторы и каналы», но тут до меня дошло, что рецепторы в данном случае – это, по существу, вентили. Соответственно, я закончил свое описание фразой: «Мембрана содержит вентили и каналы».
Я откинулся на спинку кресла и перечитал получившееся описание: «Мембрана – это жидкокристаллический полупроводник, содержащий вентили и каналы». Эта фраза меня словно ударила: я совершенно определенно уже слышал или читал что-то подобное – вот только не мог вспомнить, где именно. Но в одном был абсолютно уверен: речь там шла не о биологии.
И тут мой взгляд упал на угол письменного стола, где стоял новенький симпатичный «Макинтош» – мой первый персональный компьютер. Рядом с ним лежала ярко-красная книжка, а заголовок на ее обложке гласил: «Как работает ваш компьютер». Это было купленное мною на днях справочное руководство для пользователей. Схватив книгу, я пробежал глазами введение и почти сразу наткнулся на определение: «Микрочип – это полупроводниковый кристалл с электрическими вентилями и каналами».
В первые пару секунд я только молча сидел, огорошенный таким совпадением. Еще несколько секунд я лихорадочно сопоставлял и противопоставлял биологические мембраны и кремниевые полупроводники. Но настоящий шок испытал, когда понял, что сходство определений компьютерного чипа и клеточной мембраны не случайно. Мембрана в самом деле гомологична кремниевой микросхеме – т. е. представляет собой ее структурный и функциональный эквивалент!
Двенадцать лет спустя австралийский коллектив исследователей, возглавляемый Б. А. Корнеллом, опубликовал в журнале Nature статью, которая подтвердила мою гипотезу о гомологичности клеточной мембраны и компьютерного чипа. Исследователи выделили клеточную мембрану и присоединили к ней снизу кусочек золотой фольги. Затем они заполнили пространство между мембраной и фольгой раствором электролита. При стимуляции соответствующим электрическим сигналом каналы открывались и позволяли электролиту пройти сквозь мембрану. Что же до фольги, то она играла роль датчика, благодаря которому электрическая активность каналов могла быть измерена и отображена в виде цифровых показаний датчика. Это устройство показало, что клеточная мембрана не только выглядит как электронный чип, но и функционирует подобно ему. Корнеллу и его коллегам удалось превратить биологическую клеточную мембрану в электронное устройство с цифровой индикацией.
«Ну и что с того?» – спросите вы. Гомологичность клеточной мембраны и компьютерного чипа означает, что сравнение живой клетки и персонального компьютера не только правомерно, но и способно помочь нам лучше разобраться в том, как работает клетка. И первая сногсшибательная мысль, на которую наводит такое упражнение, состоит в том, что клетки программируемы подобно компьютерам. Из этой мысли тут же следует и другая – что программист в обоих случаях находится снаружи. Биологическое поведение и генная активность динамически связаны с информацией, поступающей в клетку из окружающей среды.
Суть в следующем: клетка является «программируемым чипом», поведение и генетическая активность которого управляется главным образом сигналами из окружающей среды, а не генами.
Полученное мной биологическое образование было столь же «ядроцентристским», как было геоцентристским астрономическое образование Коперника, так что мне потребовалось определенное усилие для осознания того факта, что ядро с его генами не задает программу для клетки. Данные из внешней среды вводятся в клеточный компьютер через посредство мембранных рецепторов – клеточной «клавиатуры». Рецепторы приводят в действие мембранные белки-эффекторы, играющие роль «центрального процессора» клетки. В свою очередь, этот «центральный процессор» преобразует информацию, поступающую из окружающей среды, в бинарный код, используемый оперативной системой компьютера. Рецепторно-эффекторные белковые комплексы представляют собой функциональное дополнение процессора компьютера. Входящая экологическая информация передается от рецептора к белку-эффектору, который преобразует входящий сигнал на поведенческий язык биологии.
Даже мозг охотнее раскроет нам свои тайны, если мы во всех подробностях ознакомимся с работой мембраны – его клеточного эквивалента.
В те ранние утренние часы я понял, что хотя биологическая мысль по-прежнему находится под властью генетического детерминизма, наиболее передовые исследования в области клеточной биологии, раскрывающие одну за другой секреты волшебницы-мембраны, наводят совсем на другие мысли.
В этот судьбоносный миг меня поразил приступ отчаяния, что рядом не было никого, с кем можно было бы разделить свой восторг. В моем доме не было даже телефона. Но я все же был преподавателем медицинской школы – и подумал, что даже в это время в библиотеке отыщется кто-нибудь из студентов. Поспешно набросив на себя, что подвернулось под руку, я побежал в сторону школы, чтобы рассказать кому-нибудь – ну хоть кому-нибудь! – о своем великолепном озарении.
Когда я, запыхавшись, с широко раскрытыми глазами вбежал в помещение библиотеки, то явно представлял собой живое воплощение пресловутого «рассеянного профессора». Остановив взгляд на одном из своих первокурсников-медиков, я подбежал к нему и провозгласил: «Только послушай, что сейчас скажу! Это что-то невероятное!» Где-то в дальних закоулках памяти у меня отложилось, как этот парень отшатнулся от меня – сумасшедшего ученого, ни с того ни с сего нарушившего покой полусонной библиотеки. Я тут же принялся изливать на него свое новое понимание клетки, пользуясь обычным для клеточного биолога жаргоном, изобилующим мудреными многосложными словами. Закончив свои объяснения, я умолк, ожидая то ли поздравлений, то ли криков «браво»… Но ничего подобного не услышал. Мой студент теперь сам сидел с широко раскрытыми глазами. «С вами все в порядке, доктор Липтон?» – только и смог он выговорить.
Я был раздавлен. Этот студент не понял ни одного слова из моей речи. Уже задним числом я догадался, что студент первого семестра и не мог разобраться, о чем я говорил с таким пафосом – у него для этого просто не было достаточной подготовки. И все-таки меня охватило отчаяние. В моих руках был ключ к тайне жизни, а рядом не было никого, кто мог бы меня понять! Вынужден признать, что и у большинства своих коллег, вполне поднаторевших в зубодробительной терминологии, я не имел особого успеха. Вот вам и волшебница мембрана.
В течение последующих лет я постепенно научился излагать свои идеи о волшебнице мембране так, чтобы их могли воспринять не только студенты-первокурсники, но и совершенно непосвященные люди. И продолжал подкреплять их новыми исследованиями. Благодаря этому я заполучил довольно-таки большое количество вполне благодарных слушателей – как среди медиков, так и среди непрофессионалов. Мне попадались даже слушатели, восприимчивые к тем идеям духовного характера, которые влекло за собой мое давнишнее озарение. В самом деле, переход к «мембраноцентричной» биологии – это было великолепно, но сам по себе он не мог бы заставить меня с криками нестись в библиотеку. Та карибская ночь не только преобразила меня как биолога. Она превратила меня из ученого-агностика в законченного мистика, убежденного в том, что вечная жизнь не ограничивается рамками тела.
О духовной части моей истории я расскажу в эпилоге, а пока хочу еще раз повторить те преподносимые волшебницей мембраной уроки, благодаря которым наша жизнь оказывается не следствием случайно выпавшей при рождении комбинации генетических игральных костей, а чем-то подвластным нашей собственной воле. Мы управляем своей биологией точно так же, как я управляю работой программы-редактора, в которой пишу эти строки. Мы имеем возможность редактировать данные, вводимые в наш биокомпьютер столь же сознательно, как выбирать печатаемые на экране слова. Как только мы поймем, как ИМБ управляют биологией, мы из беспомощных жертв генов станем хозяевами собственной судьбы.
Нельзя сказать, что ведущие ученые прониклись моей идеей трактовки мембраны, или наперебой стали озвучивать мое сообщение, что ИМБ делает нас хозяевами своей судьбы. Однако сейчас проводится масса исследований, в полной мере поддерживающих тот факт, что взаимодействие мембраны с внешней средой формирует биологические процессы.
Например, изучение потенциала клеточной мембраны, о котором говорилось выше, открыло для биологов-эволюционистов новые способы мышления, ведь ранее они изучали лишь роль сигналов молекул (гормонов, нейротрансмиттеров и других химических агентов) в управлении проектирования и создания частей тела. В 2011 г. группа биолога Майкла Левина из Центра регенеративной биологии и биологии развития в Университете Тафтса изменила биоэлектрическое напряжение в мембранах клеток головастиков. Удивительно, что в результате смены мембранного потенциала в клетках от спины до хвоста головастиков, полностью сформированные глаза выросли на спинах и на хвостах, а совсем не там, где они обычно растут. По мне, это впечатляющее доказательство свойств волшебницы мембраны!