представляют собой нужную последовательность аминокислот. Гены – и есть эти самые инструкции.
Фабрика Лего
Представьте себе фабрику, которая берет конструктор Лего и строит из него машины, домашние принадлежности, компоненты для фабрики, строительные материалы и все остальное необходимое для общества Лего. На этой фабрике есть сто тысяч планов, один для каждого приспособления, которое она строит, включая планы для своих собственных станков и роботов-рабочих, так что она может починить свои станки и построить новые, когда возникнет необходимость. Фабрика лего даже может сделать полную репродукцию самой себя. Что поразительно, так это то, что фабрика Лего почти полностью построена из деталей Лего и некоторых простых компонентов, которые доставляются к ее дверям.
Клетки похожи на фабрики, которые вырабатывают белки. Детали Лего – это аминокислоты (составляющие, из которых строятся белки), планы – это гены, а собранные приспособления – это белки, которые нужны, чтобы организм функционировал.
Гены кодируются в длинных нитевидных молекулах, которые называются ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). У людей 23 пары молекул ДНК (хромосом), которые образуют две спирали. Хромосомы в свернутом виде находятся в ядре клетки.
Воспроизводить протеины очень важно для жизни клетки, молекула ДНК раскручивается, подключается определенный ген (это означает, что его инструкции копируются), и ДНК снова сворачивается. Копия инструкций выносится за ядро к структурам, которые соединяют соответствующую последовательность аминокислот, и образует из аминокислот белок.
Каждая клетка содержит полный набор генов для своего организма, но активизирует лишь небольшое количество из этого набора. Таким образом, есть гены, которые могут никогда не использоваться или использоваться только в некоторых клетках, при определенных обстоятельствах. Гены дают наследственность из возможных белков, но только сама клетка определяет, какой ген подключить, а какой отключить в определенный момент, при определенных обстоятельствах, в которых она находится. Эти обстоятельства – результат окружающей среды, которую выбирает человек, – его питание, физические упражнения и образ жизни.
За годы своей службы гены могут испортиться по разным причинам, например, в процессе сворачивания и разворачивания хромосом или из-за вирусов и свободных радикалов (побочный продукт при окислении). Результатом поврежденных генов может быть вырабатывание анормальных протеинов, которые могут повредить клетку, привести к ее смерти или к бесконтрольному клеточному воспроизведению, формирующему рак. В клетке происходит множество процессов, которые могут исправить или ограничить ущерб, наносимый поврежденными генами. Одна из причин, по которой антиоксиданты так важны для здоровья, – это их роль защитников, не дающих свободным радикалам повредить ДНК.
Клетки и сети из клеток в работе
Если бы мы могли увидеть головной мозг в работе, перед нами предстала бы разветвленная система кровеносных сосудов, где кровь качается через артерии в маленькие капилляры, которые питают каждую клетку головного мозга. Живой мозг – это также постоянная смесь из электрических импульсов и химических сигналов, каждый нейрон – это крошечный огонек в организованном хаосе мыслей. Технологии по изображению головного мозга пользуются этой непрекращающейся деятельностью, используя различные методы записи, для того чтобы измерить, какие нейроны и участки головного мозга наиболее активны при реакции человека на определенную умственную задачу.
Во всем этом невообразимом рое какие части нашего мозга отвечают за наши мысли, чувства и воспоминания?
Импульс – действие – мысль
Головной мозг управляет тем, что мы делаем и о чем думаем, посылая и принимая электрические импульсы и химические сигналы между отдельными нейронами и группами нейронов. Мысли кодируются возбуждением нейрона, которое состоит в испускании небольшого электрического сигнала. Импульсы передвигаются по нейронам со скоростью 100 метров в секунду (360 километров в час) – в шесть раз быстрее, чем скорость, с которой разрешается ездить в черте города.
Постоянное хранение воспоминаний осуществляется в нейронах, образующих определенные модели, и зависит от того, как они физически связаны друг с другом, а также от силы их связи друг с другом. Нейроны с короткими аксонами связываются с соседними клетками, а те, у которых более длинные аксоны, связываются с нейронами в других участках.
Синапс
Аксоны одного нейрона связываются с дендритами другого на небольших промежутках, называемых синапсами, которые играют роль как в передаче мыслей, так и в хранении долговременных воспоминаний. Для плавного течения мысли импульс должен перейти от одного нейрона к другому, но через синапсы не могут пройти электрические сигналы. Длина синапса составляет всего лишь 20 нанометров (нанометр – это миллионная часть метра), но, как и в лампочке с порванной нитью накаливания, небольшие электрические сигналы, вырабатываемые нейронами, не могут пересечь это пространство, несмотря на то что оно очень мало. Нейроны преодолевают эту трудность, превращая электрические сигналы в химические импульсы. Посылающая сигнал клетка высвобождает нейротрансмиттер, одну из очень многих химических молекул, которая переходит через синаптическую щель и прикрепляется к рецептору молекулы принимающего нейрона. Этот процесс напоминает передачу палочки в эстафетном беге.
Синапсы – это локализация памяти, именно они отвечают за то, как быстро и легко нейроны передают друг другу информацию. Процесс похож на строительство брода через реку. Если каждый человек, который успешно переходит через реку, оставляет после себя камень, то с течением времени переход становится быстрее и легче. Для того чтобы сделать изменения в синапсе постоянными, вырабатываются новые протеины, и физическая структура совершенствуется. В конечном итоге, гены – это инструкции по образованию белков, которые фиксируют воспоминание в головном мозге. Когда мы вспоминаем событие из прошлого, создаются новые белки – это означает, что воспоминание с течением времени постоянно слегка изменяется.
Удивительно, но электрические импульсы, которые вырабатывают нейроны, необыкновенно стереотипны. Вся система напоминает электричество в доме. На кухне оно включает тостер, в зале оно включает телевизор. Электричество одно и то же независимо от того, в какой части дома его используют. Подобным образом импульс нейрона важен только из-за модели соединений, которые нейрон образует с другими нейронами и с частями тела. Соедините нейрон с мышцей руки, и рука получит сигнал. Если бы тот же самый нейрон был соединен со ступней, его получила бы ступня.
Нейротрансмиттеры
Мы описали нейротрансмиттеры как химические молекулы, функция которых – переносить электрические импульсы через синаптическую щель. Они также распространяются по всему головному мозгу, перенося сигналы к рецепторам в различные участки. Многочисленные скопления синапсов, так же как и классические синапсы, описанные выше, могут принимать сигналы, которые распространяются в любом направлении или использовать рассеянное распределение нейротрансмиттеров.
Было открыто около 80 нейротрансмиттеров, которые доставляют разную информацию к клеткам. Например:
• Ацетилхолин играет ключевую роль в состояниях сна, пробуждения и бодрствования, важен для внимания, обучения и памяти. Его дефицит вызывает нарушение работы памяти.
• Серотонин известен как химическое вещество «хорошего расположения духа». Он влияет на настроение, и высокий уровень содержания серотонина считается причиной безмятежности и оптимизма. Он связан со многими различными умственными процессами, включая боль, аппетит, сон и кровяное давление.
• Глутамат – главный возбудительный нейротрансмиттер. Он важен для долгосрочной памяти и, возможно, также для организации нейронов в большие соединения.
• Допамин конролирует уровень пробуждения, а также задействован в воспроизведении физических движений, эмоций и внимания. Когда его уровень низкий, люди не могут совершать произвольные движения, а когда он высокий, человек испытывает эйфорию.
• Норадреналин повышает уровень физической и ментальной активности, и активизируется
