Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться - Ричард Докинз

Именно трехмерная структура молекулы фермента делает его катализатором, служа точной — хотя и в меру гибкой — литейной формой, идеально подогнанной для того, чтобы другие молекулы попадали в нее и встречались друг с другом. В противном случае им пришлось бы уповать исключительно на случайное столкновение — вот почему ферменты так поразительно ускоряют химические реакции. Точность и отлаженность этого механизма — один из главных феноменов, благодаря которым возможно существование жизни, но тут возникает одна проблема. Сворачиваясь, молекула фермента нередко может принимать различные формы, а нужна обычно только какая-то одна. Многие миллионы лет естественный отбор занимался не в последнюю очередь тем, что искал «решительные» и «упертые» молекулы, «предпочитающие» сворачиваться строго определенным образом. Ведь молекулы, которые могут принимать альтернативные формы, бывают причиной трагедий. Коровье бешенство, почесуха овец и их человеческие аналоги куру и болезнь Крейтцфельдта — Якоба вызываются прионами, особыми белками, имеющими две различные формы. Как правило, эти белки сворачиваются в одну из двух возможных конфигураций и в таком виде выполняют свою полезную работу. Но иногда они принимают другую, альтернативную форму. И тогда случается страшное. Присутствие одной-единственной нестандартной молекулы белка провоцирует остальные молекулы тоже перейти в новую «секту». Эпидемия белков неправильной формы распространяется по организму в соответствии с принципом домино. Одна такая аномальная молекула может попасть в другой организм и запустить там новую цепную реакцию. Результат — смерть от того, что мозг становится пористым, словно губка, так как белок, принявший альтернативную форму, не способен выполнять свои обычные функции.

Когда прионы были открыты, это вызвало некоторое замешательство, поскольку они распространяются подобно самовоспроизводящимся вирусам, будучи при этом белками, — а белки считаются неспособными к самовоспроизведению. Любой учебник по биологии скажет вам, что изготовление своих собственных копий — эксклюзивная привилегия полинуклеотидов (ДНК и РНК). Однако прионы можно назвать самовоспроизводящимися только в том специфическом смысле, что одна деформированная, «бракованная» молекула «подстрекает» своих уже существующих соседок принять ее конфигурацию.

В иных случаях ферменты, которые умеют переходить из одной формы в другую, используют эту способность во благо. Ведь переключаемость — это, в конце концов, основное свойство транзисторов, диодов и прочих высокоскоростных электронных вентилей, производящих компьютерные логические операции: «ЕСЛИ», «НЕ», «И», «ИЛИ» и им подобные. Существуют так называемые аллостерические белки, которые переключаются из одного состояния в другое на манер транзисторов: не «привлеченные» соседями к распространению инфекции, как это происходит у прионов, а только ЕСЛИ возникают некие приемлемые биологические условия И НЕ при определенных иных условиях. Родопсин — один из таких белков-«транзисторов», приносящих пользу своим умением переходить из одной альтернативной конфигурации в другую. Он, подобно фотоэлементу, «переключается» тогда, когда на него попадает свет. А после непродолжительного периода регенерации снова принимает исходную форму. В одном из двух своих возможных состояний он является мощным катализатором, в другом же — нет. И когда свет вызывает его переключение в активную форму, это запускает специфическую цепную реакцию и стремительный круговорот молекул. Свет как будто открывает высоконапорный кран.

Конечным результатом получающегося химического каскада оказывается поток импульсов, передающихся в головной мозг через последовательность нервных клеток, каждая из которых представляет собой тонкую длинную трубку. Эти нервные импульсы — тоже не что иное, как химические преобразования с высокой скоростью катализа. Они распространяются вдоль тонких и длинных трубок, как искры по дорожкам из пороха. Каждая такая «искорка» дискретна и изолирована от остальных, поэтому они доходят до противоположного конца трубки в виде кратких отчетливых донесений. Частота, с которой эти нервные импульсы поступают — а их могут быть сотни в секунду, — представляет собой (в данном случае) закодированную информацию об интенсивности света, падающего на палочку или на колбочку. Пока речь идет об отдельной нервной клетке, сильная стимуляция от слабой отличается так же, как огонь скорострельного пулемета — от прерывистой стрельбы из винтовки.

До сих пор все сказанное относилось как к палочкам, так и к каждому из трех типов колбочек. Поговорим теперь о различиях. Колбочки реагируют только на яркий свет. Палочки чувствительны к слабому освещению и необходимы, чтобы видеть ночью. Они равномерно разбросаны по всей сетчатке и нигде не образуют заметных скоплений, а потому плохо подходят для разглядывания мелких деталей. Используя палочки, нельзя читать. Читаете вы колбочками, которые чрезвычайно плотно собраны на одном особом участке сетчатки, называемом центральной ямкой. Разумеется, чем плотнее их укладка, тем мельче подробности, которые можно различить.

Палочки не участвуют в цветовом зрении, потому что они не отличаются друг от друга по восприимчивости к свету с различными длинами волн. Все они наиболее чувствительны к желтому свету, находящемуся в центральной части видимого спектра, и слабее реагируют на крайние значения длин волн. Это не означает, что они любой свет представляют мозгу как желтый. Такое высказывание вообще не имеет смысла. Все, что нервная клетка передает в головной мозг, — это импульсы и больше ничего. Если палочка возбуждается часто, это может означать как большое количество красного или синего света, так и несколько меньшее количество желтого. Единственный способ, которым мозг может здесь избежать двусмысленности, — это сравнить одновременные сигналы от клеток разного типа, обладающих различной цветовой чувствительностью.

Вот тут-то и выходят на сцену три типа колбочек. Каждый из них обладает родопсином своего особого сорта. Все они реагируют на свет с любой длиной волны, но одни наиболее чувствительны к синему, другие — к зеленому, а третьи — к красному. Сравнивая интенсивность возбуждения каждого из трех типов колбочек (по сути, вычитая их сигналы друг из друга), нервная система может установить длину волны света, падающего на соответствующий участок сетчатки. В отличие от зрения при помощи одних только палочек, здесь мозг не путает тусклый свет одного оттенка с ярким другого. Поскольку он получает сообщения одновременно от разных типов колбочек, ему удается вычислить истинный цвет световых лучей.

Как я уже говорил, вспоминая про доктора Дулиттла на Луне, те цвета, которые мы в конечном итоге, как нам думается, видим, — не более чем ярлыки, навешиваемые нашим мозгом ради удобства. Раньше я испытывал разочарование, когда видел искусственно расцвеченные изображения — скажем, фотографии Земли, сделанные со спутников, или компьютерные реконструкции далекого космоса. Из подписей к таким рисункам выясняется, что цвета здесь представляют собой произвольно выбранный код — например, для обозначения различных типов растительности на спутниковом снимке Африки. Подобные раскрашенные картинки казались мне фальшивкой. Мне хотелось знать, как это выглядит «на самом деле». Но теперь я понимаю: все, что, как мне кажется, я вижу, — даже цвета моего собственного сада за окном — точно такая же «фальшивка», условные обозначения, которые случайно выбраны (в данном случае моим мозгом) в качестве удобных ярлыков для света с различными длинами волн. В одиннадцатой главе я буду приводить аргументы в пользу того, что любое наше восприятие — своего рода «надуманная виртуальная реальность», возникающая у нас в мозгу. (И все же я по-прежнему не люблю раскрашенных изображений!)