ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ИОНЫ
В пяти первых главах этой книги я описал механизм, с помощью которого сложная жизнедеятельность организма координируется и упорядочивается путем выработки и распада крупных и мелких молекул, которые иногда работают согласованно, а иногда противодействуя друг другу, ради достижения какого-либо эффекта (хотя это не всегда определен но ясно), который реализуется изменением свойств клеточных мембран, взаимодействующих с этими молекулами. Такая форма координации, присутствующая во всех организмах с момента зарождения жизни, очень полезна и практична, но имеет один недостаток - она работает слишком медленно. Гормональное воздействие должно ждать, пока произойдет сборка нужной молекулы, пока сложатся друг другом необходимые для этого атомы. После этого продукт реакции выделяется в кровь и доставляется во все уголки организма, хотя подействует он, быть может, только в одном-единственном месте. Когда же миссия гормона заканчивается, он распадается и теряет активность, а его остатки фильтруются в мочу и удаляются из организма ночками.
Есть, однако, еще одна система координации деятельности организма, которая имеет перед гормональной системой неоспоримое преимущество в точности, эффективности и скорости передачи информации. Для своей работы эта система не требует больших и сложных молекул, в ней действуют атомы и частицы намного меньшие, чем атомы. Эти атомы и частицы движутся не по кровеносным сосудам, а по специальным каналам со скоростями большими, чем скорость, с которой вязкая кровь может продвигаться по топким кровеносным капиллярам. Более того, эти каналы идут от определенных органов или, наоборот, к ним, передавая электрический по природе сигнал точно по адресу, не распыляясь по всему телу и не оказывая побочных действий, столь характерных для гормонов.
Разница в интенсивности жизненных процессов у растений и животных по большей части обусловлена именно тем фактом, что животные, в дополнение к химической системе передачи сигналов, обладают системой передачи электрических сигналов, а растения - только химической. Давайте, однако, начнем сначала.
Когда анатом вскрывает тело животного, то в разных местах он обнаруживает тонкие белые нити. Они выглядят как струны. Слово «нерв», которым обозначают эти структуры, происходит от санскритского слова «снавара», что и означает «струна» или «шнур». Действительно, поначалу этот термин применяли для обозначения любой структуры тела, похожей па струпу, например к сухожилиям. Кстати, сначала именно сухожилия, которыми мышцы прикрепляются к костям, и называли нервами.
Александрийские греки во времена Юлия Цезаря поняли разницу - сухожилия представляли собой прочные соединительные волокна, но были другие струны, более хрупкие и жироподобные по строению. Одним концом эти струны, как и сухожилия, прикреплялись к мышцам, но, в отличие от сухожилий, другой конец этих топких струп не направлялся к костям. Гален, римский врач, живший за двести лет до нашей эры, впервые применил термин «нерв» для описания именно этих не сухожильных волокон, и мы до сих пор следуем его примеру.
Тем не менее, следы старого употребления слова «нерв» преследуют нас па каждом шагу даже в настоящее время. Когда мы делаем какое-то очень большое усилие, то говорим, что у нас напряжены все нервы, хотя в данном случае имеем в виду сухожилия, которые действительно напряжены и натянуты сократившимися мышцами. Полный словарь английского языка дает в качестве первого значения слова «жилистый» слово «нервный». Сказать в наше время «нервическая рука» - значит иметь в виду слабую дрожащую руку, хотя в старые времена это могло значить «сильная рука».
В древности и в Средние века нервы считали полыми, как кровеносные сосуды, а их функцией, по мнению ученых того времени, был (как и для кровеносных сосудов) перенос жидкости. Для обоснования такого толкования функции нервов были разработаны весьма сложные теории. Среди авторов этих теорий был Гален и другие знаменитости. Они считали, что жидкости трех различны родов текут по венам, артериям и нервам соответственно Жидкость, текущую по нервам, называли животным духом и считали самой тонкой и разреженной из всех трех.
Эти теории действия нервов, лишенные наблюдательной базы, на которой можно было бы построить настоящую теорию, утонули в болоте невежества и мистицизма и в конечном счете были оставлены. Однако, как выяснилось, древние в чем-то все же попали в цель.
По нервам действительно течет некий флюид, флюид более эфирный по своей природе, нежели кровь, наполняющая сосуды, чем воздух, наполняющий легкие и переходящий в артерии. Действие этого флюида наблюдали за несколько столетий до Галена. В 600-е годы до новой эры греческий философ Фалес обнаружил, что если потереть янтарь материей, то он приобретает способность притягивать легкие предметы. Ученые обращались к этому феномену не раз па протяжение столетий, назвали его электричеством (от греческого слова «электрон», что означает «янтарь»), но, находя его весьма интересным, так и не поняли его природу.
В XVIII веке был найден способ накапливать электричество с помощью прибора, называемого лейденской банкой. (Этот прибор особенно интенсивно изучали в университете голландского города Лейдена.) Когда лейденская банка была полностью заряжена, ее можно было разрядить, если прикоснуться к металлическому шарику па ее верхней части. Электричество отскакивало от этого набалдашника в виде искры, очень похожей на молнию. При этом раздавался и треск, напоминавший пародию на гром. Люди начали думать об электричестве как о жидкости, которая вливается в лейденскую банку, а потом изливается оттуда.
Американский ученый Бенджамин Франклин первым популяризовал представления об электричестве как о жидкости особого рода, которая может образовывать электрические заряды двух различных типов, в зависимости оттого, присутствует ли избыток (положительный заряд) жидкости или ее недостаток (отрицательный заряд). Более того, Франклин в 1752 году смог показать, что искры и треск лейденской банки не просто напоминают гром и молнию, но представляют собой то же самое природное явление. Запуская воздушного змея во время грозы и присоединяя его к банке, он сумел зарядить ее электричеством.
Открытие взволновало научный мир, и ученые начали ставить над электричеством опыт за опытом. Итальянский анатом Луиджи Гальвани в 80-х годах XVIII века тоже занялся электричеством. Он, также как и другие, обнаружил, что если воздействовать электрическим разрядом лейденской банки па изолированную мышцу, иссеченную из лапки лягушки, то эта мышца сократится. Однако он пошел дальше и открыл еще один феномен (правда, отчасти благодаря счастливому случаю). Он обнаружил, что мышца сократится, если к пей прикоснуться металлическим предметом в тот момент, когда разряжается лейденская банка. При этом было совершенно не обязательно, чтобы искра коснулась мышцы. Потом Гальвани открыл, что мышца сокращается, если к ней прикоснуться двумя предметами из разных металлов. Это происходит даже в том случае, если поблизости вообще нет никакой лейденской банки.
Гальвани решил, что мышца сама по себе является источником флюида, похожего па электричество, с которым экспериментировали другие ученые. Он назвал новый, по его мнению, вид электричества «животным электричеством». Ученые быстро показали, что Гальвани был настолько же не прав в своих выводах, насколько тонок в своих наблюдениях.
Соотечественник Гальвани Алессандро Вольт в начале XIX века показал, что источником электричества была не мышца, а два металла. Он особым образом соединял между собой две полоски металлов и получал - при отсутствии животных тканей - электрический ток. Он первым сконструировал электрическую батарею и получил постоянный ток.
Оказалось, что электрический ток обладает свойством стимулировать животные ткани. Вскоре было
