Наука подходит к экспериментам над животными крайне педантично. Обосновывать необходимость использования того или иного вида ученым приходится перед специальными контрольными органами, коллегами, спонсорами и прочими заинтересованными сторонами. Но все это не означает, что исследовать сразу множество видов животных невозможно. Здесь показателен пример лауреата Нобелевской премии Сантьяго Рамон-и-Кахаля. На стыке 19-20 веков он провел эксперименты как минимум над 58 представителями земной фауны – от улиток до быков. Испанец изучал ткани их мозга с помощью новейших на тот момент времени технологий, в том числе окрашивания по методу Гольджи, которое позволяет рассмотреть отдельные нейроны. Это дало возможность увидеть, как клетки протягивают друг к другу свои «хвосты», налаживая общение как по телефонной линии. Благодаря экспериментам Рамон-и-Кахаля была сформулирована гипотеза, согласно которой информация внутри этой системы передается от конца одного нейрона к началу следующего.
Однако процесс отправки и получения клетками информации был непонятен до тех пор, пока ученые из Кембриджского университета не зафиксировали электричество, которое проходило через поистине гигантский аксон кальмара. У подавляющего большинства других живых существ, в том числе у человека, эти ниточки имеют микроскопический размер, и отследить, что в них происходит, до какого-то момента было невероятно сложно. Но диаметр аксона кальмара может достигать 1 миллиметра. Для сравнения: у нас этот показатель не превышает 10 микрометров, что в 100 раз меньше.
Именно благодаря головоногим исследователи увидели, как ионный обмен генерирует электрический ток. Названные частички способны проходить через клеточную мембрану. Когда нейрон находится в состоянии покоя, внутри него больше ионов калия, а снаружи – натрия. Однако если нужно связаться с соседней клеткой, ионы меняются местами, в результате чего у мембраны «переключается» заряд, который распространяется по аксону подобно волне. Как следствие возникает биоэлектрический потенциал, позволяющий передавать сигналы от одной клетки к другой.
Теперь о лягушках. Эти земноводные стали первыми живыми существами, внутри которых было обнаружено природное электричество. Эксперименты, когда ученые заставляли мышцы их ног сокращаться под воздействием тока, впервые были проведены ещё в 18 веке. Уже в начале 20-го, лягушки, наряду с некоторыми другими животными, помогли разгадать оставшуюся часть интересующей нас головоломки. Один любознательный исследователь заподозрил тогда, что в межклеточной коммуникации участвуют также и химические вещества. На их вовлеченность указывало то, что получающие электрический сигнал клетки не демонстрировали стабильного поведения. Иногда они с готовностью отзывались на раздражение, в других же случаях никак не реагировали. Поэтому было решено проверить гипотезу, что необходимым условием отклика является химическая составляющая.
Был проведен эксперимент с двумя лягушачьими сердцами, которые содержались в отдельных контейнерах, наполненных особым соляным раствором. Одна из мышц сохраняла все полагающиеся нервы, вторая же была лишена них. После того как первое сердце подверглось стимуляции, в раствор, в котором оно находилось, был помещен очищенный «мотор» лягушачьего организма. И он отреагировал так, как если бы у него были нервы. Это позволило сделать вывод о том, что отклик спровоцировали химические вещества, извергнутые в жидкость первым сердцем. Сегодня эти соединения именуются нейромедиаторами. Впоследствии ученым удалось установить, что некоторые из них усиливают взаимодействие между клетками, другие, наоборот, подавляют, а третьи действуют избирательно, в зависимости от ситуации.
Глутамат, например, обычно ускоряет поступление натрия в клетку и выводит оттуда калий. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) задействует другой канал. Она поставляет в нейрон больше калия, блокируя процесс передачи данных. Таким образом, посредниками в обмене сигналов в живой природе являются и электричество, и химические соединения. Так как оба способа были выявлены у квакающих земноводных, был сделан закономерный вывод о том, что они используются одновременно. В общем, нам есть за что благодарить кальмаров и лягушек, позволивших понять принципы взаимодействия нейронов и важнейшие механизмы работы мозга. Выводы, сделанные учеными, изучавшими этих существ, стали тем фундаментом, на котором сегодня зиждется нейробиология – замечательная во многих отношениях наука.
