Текст книги "Метазоа. Зарождение разума в животном мире"

Но, прежде чем начать, давайте присмотримся к психической стороне этой головоломки и к словам, которыми мы ее описываем. Свойство разума, которое пытался определить Нагель, сказав: «Это на что-то похоже…», сегодня обычно называют сознанием. (Сам Нагель тоже так его называл.) В указанном смысле вы обладаете сознанием, если ощущаете, что значит «быть вами». Но термин «сознание» часто сбивает с толку, потому что может показаться, будто он предполагает нечто более сложное. Фраза «нечто, на что похоже…» предполагает наличие неких ощущений. Быть вами – или рыбой, или мотыльком – на что-то похоже, если смутные, едва уловимые волны ощущений являются частью вашей жизни. Тот факт, что в слово «сознание» часто вкладывают более широкий смысл, может нам помешать.

Нейробиологи, например, часто говорят, что сознание возникает в коре больших полушарий, складчатом верхнем отделе головного мозга, который имеется только у млекопитающих и у ряда других позвоночных. В одной из своих статей врач и писатель Оливер Сакс рассказывает о пациенте, который перенес инфекцию мозга, в результате чего потерял всякую способность удерживать в памяти новые события{21}21
  См.: «The Abyss,» The New Yorker, September 24, 2007.


[Закрыть]. Сакс спрашивает: «Какая связь существует между, с одной стороны, моделями поведения и процедурной памятью, которые ассоциируются со сравнительно примитивными частями нервной системы, а с другой стороны – сознанием и чувствительностью, которые связаны с корой больших полушарий?» Сакс здесь не только задает вопрос, он еще и делает допущение: сознание и чувствительность связаны с корой больших полушарий. Подразумевает ли Сакс, что если некто или нечто не имеет коры больших полушарий, то у него не будет и сознания во всем его «вот-он-я» богатстве, но при этом такое существо все же сможет иметь какие-то чувства? Или же Сакс думает, что в отсутствие коры свет гаснет полностью и любое лишенное ее создание будет вовсе лишено всякого опыта, даже если оно обладает какими-то моделями поведения? У большинства животных, особенно животных, описанных в этой книге, нет коры больших полушарий. Вопрос стоит следующим образом: их опыт в корне отличается от нашего или же они вообще никакого опыта не имеют?

Некоторые люди действительно думают, что в отсутствие коры больших полушарий невозможен и опыт. Что ж, может, в итоге мы все придем к такому выводу, однако я в этом сомневаюсь{22}22
  Если не принимать в расчет животных и сосредоточиться исключительно на людях, интересные данные приводит нейроученый Бьёрн Меркер. Он изучал детей, которым приходится жить с тяжелым диагнозом гидранэнцефалии. В этом состоянии кора больших полушарий и многие другие области мозга практически полностью отсутствуют, часто из-за пережитого во внутриутробном периоде инсульта. Эти дети – глубокие инвалиды во многих отношениях, и, скорее всего, им не свойственна психическая жизнь, знакомая большинству из нас. Но неужели у них вообще нет никакого опыта? Меркер считает, что это маловероятно, и доказательство тому – их улыбки и смех, неустойчивая, но очевидная способность взаимодействовать с близкими людьми. Меркер считает, у нас нет оснований полагать, что отсутствие у этих детей коры мозга начисто лишает их переживания опыта. Аргументы Меркера кажутся мне убедительными. С ними можно подробнее ознакомиться в его статье «Consciousness Without a Cerebral Cortex: A Challenge for Neuroscience and Medicine,» Behavioral and Brain Sciences 30, no. 1 (2007): 63–81. Антонио Дамасио также утверждает, что переживание опыта не обязательно связано с корой мозга; см.: Damasio and Gil B. Carvalho, «The Nature of Feelings: Evolutionary and Neurobiological Origins,» Nature Reviews Neuroscience 14 (2013): 143–52.


[Закрыть]. Нам нужно целенаправленно избегать привычки думать, будто все формы опыта должны быть во всех отношениях похожи на человеческий. Когда слово «сознание» используют для описания крайне широкого понятия чувственного опыта, запутаться очень легко. Однако термин «сознание» или какую-нибудь его модификацию («феноменальное сознание») сегодня чаще всего используют именно в этом широком смысле. Ладно, не буду привередничать, тем более что идеальной терминологии не существует. Хотя, наверное, «чувствительность» была бы хорошим термином для отсылки к этой более широкой концепции. Мы могли бы спросить: «Какие животные обладают чувствительностью?» – и это было бы не то же самое, что поинтересоваться, какие из них обладают сознанием. Но «чувствительность» часто употребляют в отношении отдельных видов опыта: удовольствия, боли и близких к ним ощущений, которые могут оцениваться как приятные или неприятные. Этот опыт, безусловно, важен, и, вероятно, есть смысл предполагать, что он может иметь место и в отсутствие высших уровней сознания. Однако не исключено, что это не единственная разновидность элементарного, простого опыта. В последующих главах я рассмотрю вероятность того, что чувственная и оценочная сторона опыта в некотором роде разные вещи: фиксировать то, что происходит, вовсе не то же самое, что оценивать, плохо это или хорошо. Слово «чувствительность» не всегда обозначает чувственный аспект опыта.

Есть еще один, причем довольно неуклюжий, термин – «субъективный опыт». Определение кажется избыточным (разве есть какой-то другой вид опыта?), и от него не произведешь удобного прилагательного вроде «сознающий» или «чувствующий». Но само понятие «субъективный опыт» указывает в верном направлении, обращая к идее субъекта. В каком-то смысле эта книга посвящена эволюции субъективности – что это такое и откуда взялось. Субъект – то место, где размещается опыт.

Иногда я буду говорить исключительно о разуме; думаю, именно это нам предстоит осмыслить в процессе повествования – эволюцию разума и его место во вселенной. Я буду переключаться между терминами без какой-то особой системы. Существующее сегодня понимание еще не позволяет настаивать на выборе конкретного языка.

Теорию, которую я пытаюсь развить, можно описать по-разному, но это непросто, с какой стороны ни посмотри. Своей работой я намереваюсь показать, что совокупность процессов – не психических и не сознательных в своей основе – каким-то образом способна организоваться так, что из нее начинает произрастать чувственный опыт. Иначе говоря, часть бессмысленной активности, которой кишит наша вселенная, как-то складывается в разум.

Дуализм, панпсихизм и многие другие философские течения считают это невозможным: нельзя создать разум – и, уж конечно, разум во всей его полноте – из чего-то другого, из элементов, которые вообще не имеют никакого отношения к психике. Либо разум у нас пронизывает все сущее, либо же его нужно добавить «сверху» – не в буквальном смысле сверху, но приплюсовать к физической системе, которая, в принципе, и без него была бы законченной. Однако я уверен, что создать разум из чего-то иного возможно – такое вполне под силу эволюции. Из слияния и соединения объектов, которые сами по себе неразумны, может появиться разум. Разум – продукт эволюции, порожденный организацией других, неразумных природных элементов. Тема этой книги – зарождение разума.

Я сказал, что разум – продукт эволюции и нечто созданное (something built), но я хочу с самого начала предостеречь от распространенной ошибки. Материалистическое мировоззрение отнюдь не подразумевает, что разум – результат физических процессов, которые происходят в мозге, их следствие или их продукт. (А вот Гексли, кажется, именно так и думал.) Напротив, смысл в том, что опыт и другие психические проявления – по сути своей биологические, то есть физические, процессы определенного рода. Наш мозг есть особая конфигурация материи, а также происходящей в ней энергетической активности. Такое устройство – продукт эволюции; формировалось оно постепенно. Но это устройство и эти процессы не основа разума – именно они и есть разум. Процессы, которые происходят в мозге, не порождают мышление и опыт; они сами – мышление и опыт.

Мне предстоит осуществить проект биологический и материалистический – показать, что описанная выше точка зрения имеет право на существование, и вполне вероятно, что все устроено именно так. Цель моей книги – продвинуться по этому пути как можно дальше. Конечно же, я не надеюсь, что загадка разрешится одним лишь росчерком пера или ответ на нее появится, как кролик из шляпы фокусника. По ходу повествования я хочу наметить перспективный путь, набросать решение, которое в первом приближении сложит три детали головоломки в картину, по моему мнению, имеющую смысл. Однако не на все вопросы найдется ответ, и не все загадки будут решены. А что будет дальше, образно описывает цитата, которая вдохновляла меня все годы моего писательства и которая послужила бы прекрасным эпиграфом к этой книге. Она вышла из-под пера Александра Гротендика, математика:

Море наступает незаметно и тихо; кажется, что ничего не происходит и ничего не меняется. … Но в конце концов оно окружает упрямый объект, который постепенно становится полуостровом, потом островом, затем островком и в итоге полностью уходит под воду, словно растворившись в океане, простирающемся вдаль насколько хватает глаз{23}23
  Высказывание Гротендика см. в его работе Récoltes et Semailles, p. 553, написанной на французском языке. Французский текст выложен на веб-сайте ncatlab.org/nlab/show/Récoltes+et+semailles. В дискуссиях чаще всего ссылаются на английский перевод этого отрывка, приведенный в статье Colin McLarty, «The Rising Sea: Grothendieck on Simplicity and Generality,» в сборнике Episodes in the History of Recent Algebra (1800–1950), ed. Jeremy J. Gray and Karen Hunger Parshall (Providence, RI: American Mathematical Society, 2007). Перевод, который даю я, несколько отличается (с ним мне помогала Джейн Шелдон). Я не математик и не претендую на развитие математической мысли Гротендика.


[Закрыть].

Гротендик работал над крайне абстрактной проблемой – абстрактной даже по стандартам чистой математики. Приведенный выше абзац описывает подход, которого он придерживался в своей области исследований. Кажется, что задачу, стоящую перед нами, не решить обычными методами. Но тогда мы будем решать ее, накапливая знания в смежных областях, надеясь, что в итоге загадка трансформируется и растворится. Задача будет переформулирована и со временем станет постижимой. Образ, который Гротендик выбрал для описания этого процесса, – погружение объекта в воду.

Я держал его в голове довольно долго. Я не считаю, подобно некоторым из философов, что загадки, с которыми мы сталкиваемся, исследуя разум, – чистые иллюзии, разрешить которые можно, всего лишь думая о них иначе. Нам необходимы новые знания. И пока мы их накапливаем, сама проблема меняет форму и исчезает.

Найденный Гротендиком образ кажется таким удачным, что поначалу я даже хотел взять его в качестве эпиграфа. Но сейчас, во времена, когда тающие полярные льды быстро нагревающейся Земли крадут у нас драгоценные тихоокеанские острова, он обрел новые, малоприятные коннотации{24}24
  Расскажу чуть больше об отрывке из книги Мелвилла, который в итоге послужил эпиграфом к этой книге. Джон Уиклиф, английский богослов XIV века, был одним из первых критиков католической церкви. Он скончался от естественных причин и был похоронен, но тридцать лет спустя папа римский приказал выкопать его прах и сжечь, а пепел выбросить в реку. В первом американском издании «Моби Дика» Мелвилл упоминал на месте Уиклифа (Томаса) Крэнмера. Крэнмер – еще один английский реформатор, живший почти на столетие позже, как раз в эпоху Реформации; его сожгли на костре. Критики считают, что Мелвилл, во исправление ошибки, сам заменил Крэнмера на Уиклифа, который появляется в английской редакции. В английской редакции также отсутствует слово «пантеистический», но в некоторых поздних редакциях оно появляется снова, по сути объединяя английскую и американскую версии. Я благодарен Джону Брайанту за помощь в этом вопросе.


[Закрыть]. Теперь мне уже не хочется начинать им книгу. Тем не менее метафора Гротендика по-прежнему направляет ход моих мыслей, а перспектива, описанная в ней, подсказывает, как наилучшим образом выстроить повествование. «Метазоа» подходит к проблеме тела-разума, изучая природу жизни, историю животного мира и образ жизни животных, которые сегодня сосуществуют с нами бок о бок. Изучая животный мир, мы наращиваем знания вокруг центральной проблемы и наблюдаем, как она трансформируется и оседает.

Эта книга – продолжение проекта, начатого в другой моей книге, которая называется «Чужой разум». В ней я изучал эволюционный путь и разум конкретной группы животных – головоногих, в сообщество которых входят и осьминоги. «Чужой разум» начинается с описания встреч с этими животными в воде, во время погружений с аквалангом и маской. Знакомство с осьминогами в их естественной среде обитания, во всей их изменчивой и текучей сложности, пробудило во мне желание понять, что происходит у них в голове. Я принялся изучать их эволюционный путь, который уходит вглубь веков к ключевому событию в истории животных, давнему разветвлению генеалогического древа жизни. Эта развилка, наметившаяся более полумиллиарда лет назад, направила одну ветвь к осьминогу (и не только), а другую – к нам.

Некоторые идеи касательно разума, тела и опыта были очерчены уже в книге «Чужой разум», вдохновленной наблюдениями за осьминогами. Здесь эти идеи будут развиты и дополнены. Это стало возможно благодаря более пристальному вниманию к философским граням проблемы, изучению отдаленных ветвей древа жизни, а также часам погружений и наблюдений за другими нашими меньшими братьями. В «Чужом разуме» я все время возвращался к осьминогам, но в этой книге буду продвигаться вперед в компании других видов; одни находятся ближе к нам на эволюционном древе, а другие – дальше. Для некоторых из них я тоже был существом, за которым они могли наблюдать и узнавать его, для других мое присутствие было лишь смутным сном. К концу книги мы перейдем к изучению наших ближайших родичей, чьи тела и разумы напоминают наши собственные. Но все-таки в моем историческом повествовании основное внимание будет уделено ранним стадиям эволюции, и цель его – понять, как на Земле появился опыт – сначала в воде, а затем на суше.

Таким и будет наше путешествие. Мы пойдем – поползем, полетим, поплывем – сквозь историю животного мира с самого ее начала, следуя по стопам ряда ныне живущих созданий. Мы будем учиться у них, постигая, что ощущают и как функционируют их тела, как они взаимодействуют с миром. С их помощью мы попытаемся понять не только происхождение, но и различные формы субъективности, существующие в наши дни. Я не претендую на то, чтобы объять необъятное и описать все разнообразие животного мира. Я сфокусируюсь на тех его представителях, которые отмечают собой ступени эволюции разума, прежде всего те, на которых он впервые появился. Большая часть этих животных – обитатели морей. Так давайте же спустимся по этим ступеням.

2. Стеклянная губка

Башни

Сад губок обычно начинается на небольшой глубине{25}25
  Я дал некоторым главам названия, повторяющие названия музыкальных композиций, которые вдохновляли меня в процессе работы над книгой. Название второй главы отсылает к альбому Лорена Шасса и Джима Хейнса (группа «Coelacanth»), вышедшему в 2003 году.


[Закрыть], куда легко проникают солнечные лучи, особенно в местах, где ощущается течение. Здесь, где тают краски, открывается вид на заросли неподвижных живых организмов. Одни напоминают чашечки, лампочки, вазы или ветвистые деревья, другие похожи на ручки в толстых варежках – как будто что-то огромное, спрятанное на дне морском, выпростало наружу свои мягкие лапы.

Нежась на мелководье, представьте себе море, которое гораздо холоднее: на сцену ложится тьма, сверху опускаются редкие мерцающие пылинки. На дне океана, в 1000 метров от поверхности, возвышается бледная башня цилиндрической формы примерно 30 сантиметров высотой. Ее окружает группа таких же башенок; все они крепко держатся за дно и немного расширяются кверху, частично приоткрываясь. При такой нежной наружности внутри у каждой губки жесткий каркас, собранный из крошечных деталек. Самые маленькие из них выглядят как звездочки, крючочки и неровные крестики, сплетающиеся в форме башни. Башни держатся за морское дно хрупкими якорьками. Якорьки и крестики состоят из диоксида кремния, из которого делают стекло. Губка, живущая на рифах умеренного климатического пояса или глубоко на дне океана, кажется пассивной и безжизненной, но, если присмотреться, это совсем не так. Стеклянная губка – тихий насос, прокачивающий воду сквозь свое тело. Она ощущает внешнюю среду и реагирует на нее. Тело глубоководной башни – стеклянной губки – проводит свет и электрический заряд, мерцая словно лампочка («эврика!») на дне морском.

Клетка и шторм

Основа эволюции разума – сама жизнь; не все, что с ней связано, не механизм ДНК, но другие ее свойства. Все началось с клетки.

Первобытная жизнь, до появления животных и растений, была одноклеточной. Растения и животные – это огромные конгломераты клеток. Но и до того, как эти конгломераты сформировались, клетки, скорее всего, не были полностью автономными и жили колониями и группами. Тем не менее каждая клетка была отдельной крошечной сущностью.

Клетка ограничена, у нее есть внутреннее пространство и внешний мир. Граница, отделяющая клетку от внешней среды, называется мембраной; она изолирует клетку не полностью: мембрану пронизывают каналы и отверстия. Через границу в обе стороны без остановки транспортируются различные вещества, а внутри клетки кипит бурная деятельность.

Клетка состоит из материи, из набора молекул. Я точно не знаю, что приходит вам на ум при слове «материя», но зачастую оно вызывает образ чего-то инертного и неповоротливого, а на память приходят всякие тяжелые объекты, которые приходится толкать, чтобы сдвинуть с места. В целом на суше и на соразмерном человеку уровне объектов среднего размера типа столов и стульев дела примерно так и обстоят. Но, когда мы думаем о веществе клеток, нам нужно думать иначе.

Внутри клетки события разворачиваются в наномасштабе, где объекты измеряются в миллионных долях миллиметра, а среда, в которой все происходит, – это вода{26}26
  Большую часть материала следующих двух страниц я почерпнул в книге Питера Хоффмана «Life's Ratchet: How Molecular Machines Extract Order from Chaos» (New York: Basic Books, 2012), а также в следующих статьях: Peter B. Moore, «How Should We Think About the Ribosome?», Annual Review of Biophysics 41 (2012): 1–19, и Derek J. Skillings, «Mechanistic Explanation of Biological Processes,» Philosophy of Science 82, no. 5 (2015): 1139–51.


[Закрыть]. Материя в этой среде ведет себя иначе, чем в нашем сухом мире объектов среднего размера. На микроуровне активность возникает спонтанно, и подталкивать события не требуется. Говоря словами биофизика Питера Хоффмана, внутри каждой клетки бушует «молекулярный шторм» – бесконечная сумятица столкновений, притяжений и отталкиваний.

Представляя себе клетку, полную замысловатых механизмов со своими функциями, нужно помнить, что эти механизмы безостановочно бомбардируются молекулами воды. Объект внутри клетки сталкивается со стремительными молекулами воды примерно каждую десятитриллионную долю секунды. Это не опечатка; уровень событий в клетке практически невозможно себе представить. Подобные столкновения отнюдь не безобидны: сила каждого превосходит силу, которую способны приложить органеллы клетки. Все, что может сделать в этой ситуации аппарат клетки, так это подтолкнуть события в одном либо в другом направлении, придавая шторму какую-то когерентность.

Вне водной среды шторм тотчас бы прекратился. На воздухе многие из объектов такого масштаба слипаются в комки, но в воде этого не происходит – там они без остановки двигаются, и активность в клетке возникает как бы сама по себе. Как я уже говорил, мы часто думаем о «материи» как о пассивной и инертной. Однако главная проблема, с которой приходится иметь дело клетке, – не подтолкнуть события, но навести в них порядок, установить некий ритм и смысл в их спонтанном потоке. В подобной ситуации материя вовсе не застывает в безделье, напротив, она рискует сделать слишком много; поэтому задача клетки – упорядочить хаос.

Практически все ассоциации, которые привычно приходят нам на ум, когда мы думаем о материи, – ошибочны, если вопрос касается жизни и того, как она могла появиться. Если бы жизни пришлось эволюционировать на суше из составляющих таких габаритов, как стол или стул, то она никогда бы и не возникла. Но ей этого делать не пришлось: жизнь зародилась в воде – скорее всего, в тонкой пленке на ее поверхности, но тем не менее в воде – в попытках укротить молекулярный шторм.

В истории Земли жизнь появилась сравнительно рано; вероятно, это случилось около 3,8 миллиарда лет назад, тогда как сейчас нашей планете уже 4,5 миллиарда лет от роду{27}27
  Доступный разбор новейших научных взглядов в этой сфере представлен в книге Ника Лейна «The Vital Question: Why Is Life the Way It Is?» (London: Profile, 2015).


[Закрыть]. Скорее всего, изначально жизнь была не клеточной, однако все равно должен был найтись какой-то способ удержать, обособить и не дать рассеяться в пространстве некоторой цепи химических превращений. Затем на каком-то этапе появились клетки, поначалу, вероятно, проницаемые и слабо оформленные; со временем, однако, они превратились в нечто вроде бактерий – клеток, которые способны сохранять свою структуру и размножаться.

Но среди всех умений, которые обрели клетки, чтобы поддерживать процесс жизнедеятельности – преобразовывать материю, наводить порядок и методично подчинять себе хаос, ключевым достижением стало укрощение заряда.

Укрощение заряда{28}28
  Заголовок этой части перекликается с названием классического труда Яна Хакинга «Taming of Chance» (Укрощение случая), посвященного истории теории вероятности (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1990). В каком-то смысле клетке тоже пришлось укрощать случай (эту тему затрагивает и Хоффман в книге «Life's Ratchet»).


[Закрыть]

Укрощение электрического заряда стало поворотным событием в новейшей истории человечества. В XIX веке электричество перестало быть загадочной, опасной силой, непосредственно проявляющейся в ударах молний, превратившись в технологию, которая вскоре сделала современный мир таким, каким мы его знаем. Если вы читаете эту книгу при электрическом свете или с экрана компьютера, сам акт чтения осуществляется при помощи электричества. Однако этот прорыв в сфере электричества стал не первым в истории. Впервые электрический заряд был укрощен за миллиарды лет до этого, на ранних стадиях эволюции жизни. В клетках и организмах электричество служит средством, с помощью которого осуществляется большая часть внутренних процессов. Это основа активности мозга – ведь наш мозг электрическая система, – да и любой другой активности.

Что же такое электричество? Даже многие физики считают этот вопрос трудным. Электрический заряд – базовое свойство материи. Заряд может быть положительным или отрицательным. Объекты с одинаковыми зарядами (положительным и положительным, например) отталкиваются, а с разными (положительным и отрицательным) притягиваются. Вещество обычных объектов содержит как положительные, так и отрицательные заряды. Любой атом – это набор элементарных частиц, причем одни из них заряжены положительно (протоны), другие отрицательно (электроны), а все остальные (нейтроны) не имеют заряда. Обычно атом содержит равное количество электронов и протонов, поэтому сам по себе он заряда не имеет, поскольку положительные и отрицательные заряды внутри него уравновешивают друг друга.

Способность электричества притягивать и отталкивать чрезвычайно сильна. Вот как об этом в своих лекциях по физике говорит неподражаемый Ричард Фейнман:

…все вещество является смесью положительных протонов и отрицательных электронов, притягивающихся и отталкивающихся с неимоверной силой. Однако баланс между ними столь совершенен, что, когда вы стоите возле кого-нибудь, вы не ощущаете никакого действия этой силы. А если бы баланс нарушился хоть немножко, вы бы это сразу почувствовали. Если бы в вашем теле и в теле вашего соседа (стоящего на расстоянии вытянутой руки от вас) электронов оказалось бы всего на 1 % больше, чем протонов, то сила вашего отталкивания была бы невообразимо большой. Насколько большой? Достаточной, чтобы поднять небоскреб? Больше! Достаточной, чтобы поднять гору Эверест? Больше! Силы отталкивания хватило бы, чтобы поднять «вес», равный весу нашей Земли![5]5
  Перевод с английского Г. И. Копылова и Ю. А. Симонова.


[Закрыть]{29}29
  Lectures on Physics, vol. 2, chap. 1, «Electromagnetism,» feynmanlectures.caltech.edu/II_01.html. Фейнмановские лекции по физике полностью, легально и бесплатно доступны по ссылке feynman lectures.caltech.edu/index.html.


[Закрыть]

В смеси заряженных частиц, из которых состоит обычное вещество, электроны – отрицательно заряженные частицы – находятся снаружи атомов, а протоны (вместе с нейтронами) внутри. Атом может приобретать или терять электроны, и тогда он становится ионом. Ион – это атом (а иногда молекула, состоящая из нескольких атомов), заряд которого не сбалансирован из-за такого приобретенного или потерянного электрона, а следовательно, у него есть собственный заряд. Многие химические вещества, растворяясь в воде, испускают ионы, которые отправляются в самостоятельное плавание. Соленая вода – это вода с растворенными в ней ионами. Каждая капелька морской воды содержит бесчисленное множество ионов, взаимодействующих друг с другом и с молекулами воды, притягиваясь и отталкиваясь.

Электрический ток – это движение положительно либо отрицательно заряженных частиц. Когда по металлическим проводам пропускают ток, движутся только электроны, а все остальные частицы, из которых состоят атомы проводов, остаются на месте. Электрический ток, на котором основаны современные технологии (освещение, двигатели, компьютеры), по большей части работает именно так. Но ток может выглядеть и как движение целых ионов. Если положительно или отрицательно заряженные ионы, растворенные в воде, подтолкнуть к движению в определенном направлении, мы получим электрический ток. Движение ионов не запускает ток, оно само и есть ток. Любая емкость с соленой водой может проводить ток, если вам каким-то образом удастся заставить ионы нужного вида двигаться в заданном направлении. В живых системах, в отличие от человеческих изобретений, электрический ток выглядит именно так.

Электрический заряд – это еще не жизнь и не разум, но он порождает множество событий как в неживой, так и в живой природе. Все живое работает на электричестве, улавливая, всасывая, группируя и высвобождая ионы.

Клеточная мембрана отделяет внутреннюю среду клетки от внешней, не давая им смешиваться, но в мембране имеются каналы, избирательно пропускающие некоторые вещества. В основном это ионные каналы. Иногда канал просто позволяет ионам пересекать границу (возможно, при соблюдении определенных условий), но иногда клетка активно всасывает ионы через мембрану.

Та или иная разновидность ионных каналов – общая черта всех клеточных форм жизни, включая бактерии. Зачем бактериям понадобилось создавать особые проходы для ионов, не совсем понятно. Первоначально каналы могли появиться, чтобы позволить клетке регулировать уровень своего электрического заряда относительно внешней среды – настраивать его, а не только укрощать. Но коль скоро трафик сквозь границу живой системы налажен, он начинает исполнять и другие функции. Поток ионов, например, способен служить простейшей формой восприятия: предположим, контакт с неким химическим веществом снаружи клетки открывает канал, сквозь который проникают ионы; попав внутрь, эти заряженные частицы запускают в клетке определенную цепь событий.

Кроме того, ионные каналы, осуществляющие транспортировку веществ в обе стороны сквозь клеточную мембрану, одарили клетку новой, причем очень важной способностью. Она называется раздражимостью. Каналы контролируют поток заряженных частиц, но ими самими тоже можно управлять – открывать их и закрывать. Клетка контролирует активность каналов с помощью химического либо физического воздействия, но также и посредством самого электрического заряда. Потенциал-зависимые ионные каналы открываются в ответ на электрические явления, к которым они чувствительны. В результате запускается цепная реакция – поток заряженных частиц усиливается и выходит за пределы клеточной мембраны.

Новая способность не кажется какой-то особенно значимой, сфера ее применения не так очевидна, как у описанного выше механизма, в рамках которого поток ионов реагирует на химические вещества, встречающиеся на ее пути. Но потенциал-зависимые ионные каналы помогают клетке сделать следующий шаг в развитии, обеспечивая ее потенциалом действия. Потенциал действия представляет собой непрерывную цепную реакцию изменений в мембране клеток, в частности клеток человеческого мозга. Проникая в клетку, положительно заряженные ионы воздействуют на ионные каналы по соседству, те открываются, внутрь клетки проникает еще больше ионов – и так далее. По мембране распространяется волна электрической пульсации. Потенциал действия – явление сродни электрическому разряду, и клетки мозга, задетые им, как говорят нейробиологи, «вспыхивают». Это становится возможным благодаря потенциал-зависимым ионным каналам.

В потенциал-зависимых ионных каналах на внутренний контроллер клетки воздействуют электрические заряды – электрический ток контролируется электрически. Это принцип работы транзистора. В начале раздела я упоминал технологические прорывы XIX века, которые поставили электричество на службу человеку. Еще один такой прорыв случился в XX веке благодаря изобретению транзистора. Кремниевые микросхемы в компьютерах и смартфонах – это как раз набор транзисторов, крошечных переключателей. Транзистор был изобретен около 1947 года в лабораториях Белла в США, хотя их первенство и оспаривается. Первый транзистор лаборатории Белла был размером около 2,5 см, но с тех пор его постоянно дорабатывали и уменьшали. И точно такой же девайс был изобретен миллиарды лет тому назад в процессе эволюции бактерий.

Если бактерии изобрели транзисторы, что они с ними делали?{30}30
  См.: Peter A. V. Anderson, Robert M. Greenberg, «Phylogeny of Ion Channels: Clues to and Function,» Comparative Biochemistry and Physiology Part B 129, no. 1 (2001): 17–28; а также Kalypso Charalambous, B. A. Wallace, «NaChBac: Th e Long Lost Sodium Channel Ancestor,» Biochemistry 50, no. 32 (2011): 6742–52. Сравнение с транзистором позаимствовано из работы Фреда Сигворта «Life's Transistors,» Nature 423 (2003): 21–22; о передаче сигналов внутри биопленок см.: Arthur Prindle et al., «Ion Channels Enable Electrical Communication Within Bacterial Communities,» Nature 527 (2015): 59–63.


[Закрыть] Зачем им-то нужно было контролировать электричество с помощью электричества? Насколько я знаю, научное сообщество не пришло к общему мнению по этому вопросу. Бактерии могли использовать свои биотранзисторы для поддержания электрохимического баланса в клетке – или для контроля передвижения в водной среде. Каналы, чувствительные к химическому составу внешней среды, могли оказаться чувствительными и к электрическому заряду, и бактерии, формирующие колонии в виде «биопленок», научились передавать сигналы от клетки к клетке с помощью ионов. Но у бактерий нет потенциала действия, подобного цепной реакции в мозге человека, и ситуация кажется мне довольно странной. Несколько миллиардов лет тому назад природа изобрела электронное устройство, без которого невозможны современные компьютерные технологии, – сложное и требующее ресурсов устройство – и оснастила им бактерии, но бактерии, похоже, не так чтобы часто используют его для вычислений.

Как бы там ни было, появление потенциал-зависимого ионного канала – поворотный момент в укрощении заряда. Как я уже говорил, у этих каналов нет какого-то одного очевидного применения. В каком-то смысле то же самое касается и транзистора; как раз в этом и заключается одно из основных преимуществ того и другого. Транзистор – простой инструмент контроля, устройство, с помощью которого можно сделать так, чтобы событие в одном месте гарантированно и быстро вызывало событие в другом. О каких событиях идет речь, не так уж важно, – сгодится все. Благодаря потенциал-зависимым ионным каналам, обеспечивающим потенциал действия, активность клетки приобретает «цифровое» качество; нейрон либо вспыхивает, либо не вспыхивает: да или нет, единица или ноль. Не у всех животных есть нейроны, способные так вспыхивать; существуют и другие типы нервных систем, которые работают на низком уровне раздражимости, но эта цифровая характеристика определенно полезна. Примечательно, что это регулировочное устройство было изобретено так давно, когда сфера его современного применения эволюции даже не мерещилась.

В дни вездесущих компьютеров и искусственного интеллекта отношения между живыми системами и электронными устройствами неизбежно вызывают интерес. Неужели живые существа и компьютеры различаются только материалом, из которого сделаны? Сходство между ними есть, и оно бывает довольно неожиданным, но не менее важно признавать и отличия. И одно из них заключается в том, что компьютеру никогда не придется заботиться о том, чем прежде всего занята живая клетка. Основная задача клетки – поддерживать свое существование, заботиться о непрерывном поступлении энергии, осуществлять привычную жизнедеятельность в условиях распада и изменения веществ. В живых системах активность, которой заняты и компьютеры, – переключение электрических цепей и «обработка данных» – только малая часть множества взаимосвязанных химических процессов. Все, что происходит в клетках, происходит в жидкой среде и подвержено превратностям молекулярного шторма; клетка вынуждена отвлекаться на химические процессы, которыми заняты все живые системы. А когда мы собираем компьютер, мы хотим, чтобы он выполнял операции унифицированные и однообразные, – мы собираем систему, которая в идеале вообще не должна отвлекаться на непродуктивные химические процессы.

Вышесказанное актуально и в том случае, если посмотреть на ситуацию шире. В первых главах книги я стараюсь описать всю сложность строения клеток и простых организмов, а также процессов, происходящих внутри них. В этой связи меня нередко посещал объяснимый соблазн использовать слово «механизм» – ведь мы изучаем механизмы восприятия, механизмы раздражимости. Я пишу и каждый раз сомневаюсь: не стереть ли его? Несомненно, в широком смысле слова потенциал-зависимые ионные каналы – это детали механизма; то же самое можно сказать как о нервах, так и о мозге. Отрицая этот постулат, мы уклоняемся в сторону дуалистических (душа плюс тело) или виталистических (жизненная сила) взглядов. Поэтому я разрешил себе его использовать. Однако нельзя упускать из виду и отличия машин от живых систем. Жизненные процессы клетки подразумевают укрощение молекулярного шторма и хаотичного движения ионов. Это совершенно не похоже на то, что происходит в любой спроектированной человеком машине. Собирая машины, мы стремимся сделать их предсказуемыми, хотим, чтобы они выполняли строго определенные функции, пусть даже потом мы используем их для симуляции хаотических событий. Ссылаться на хитроумное устройство клетки как на «механизм» в каких-то случаях уместно, а в каких-то нет.