Странные вопросы о Вселенной, или Как сделать Солнце из бананового пюре

4. Перестройка за семь лет
Сегодня ваше тело смастерит примерно 300 миллиардов новых клеток

Ни одна из клеток вашего тела не знает, кто вы такой, и им это совершенно безразлично.

Дэниел Деннет^[17]

Сегодня ваше тело смастерит примерно 300 миллиардов новых клеток. Это больше, чем количество звезд в нашей галактике Млечный Путь. Неудивительно, что я чувствую себя измотанным, даже когда ничего не делаю.

Клетка – это крошечный прозрачный кулечек с вязкой жидкостью. Это атом в биологии. Наверное, справедливо будет сказать, что не существует другой жизни, кроме клеточной. Первые ископаемые клетки, по-видимому, появились примерно 3,5 миллиарда лет назад, а первые признаки химических изменений, вызванных процессами жизнедеятельности, относятся к еще более раннему периоду – примерно 3,8 миллиарда лет тому назад. Это дает основание полагать, что жизнь могла возникнуть около 4 миллиардов лет тому назад, всего через полмиллиарда лет после того, как появилась сама наша планета.

Каждое человеческое существо – это гигантская колония клеток. «Вот хороший пример того, что нас трудно рассматривать как единую сущность», – сказал американский биолог Льюис Томас^[18]. «Каждый из нас – толпа», – считает Карл Саган^[19]. Эта толпа состоит из множества клеток, примерно 100 миллионов миллионов – поистине астрономическое число. Я – это галактика. Вы тоже галактика. Более того, каждый из нас – это тысяча галактик, потому что в нашем теле содержится больше клеток, чем звезд в тысяче галактик, подобных Млечному Пути.

Каждая из клеток, из которых состоит человек, представляет собой миниатюрный мир, такой же сложный, как и крупный город. В нем происходит кипучая деятельность миллиардов наномашин. Здесь есть свои административные центры, мастерские и склады, по улицам беспрерывно осуществляется транспортировка грузов. Как написал американский журналист Питер Гуинн: «Чтобы снабжать клетки энергией, работают целые электростанции. Заводы производят белки, жизненно важную продукцию на химическом рынке. Сложные транспортные системы направляют специальные химические препараты к разным точкам внутри клетки и за ее пределы. Часовые на баррикадах следят за деятельностью на рынках экспорта и импорта и внимательно вглядываются во внешний мир, чтобы не пропустить признаки надвигающейся опасности. Специально обученные биологические армии готовы сражаться с непрошеными захватчиками. Центральное генетическое правительство поддерживает строгий порядок»^[20]. А вся наша жизнь начинается с одной-единственной клетки, когда сперматозоид – самая маленькая клетка в организме – соединяется с яйцеклеткой, которая по размерам, напротив, превосходит все остальные клетки. Примерно полчаса каждый человек существует в виде одной-единственной клетки (помню, что мне было очень скучно – я не мог дождаться, когда же появится другая клетка, с которой мы могли бы поиграть). Затем эта одна клетка делится на две. Это необыкновенный процесс. Всего за полчаса клетка не только делает копию своей ДНК, – чтобы ускорить этот процесс, он осуществляется одновременно на нескольких участках ДНК – но и создает порядка 10 миллиардов сложных белков^[21], то есть почти 10 миллионов белков в секунду. Через час две клетки делятся на четыре, затем на восемь, и т. д. После нескольких делений химические различия в развивающемся эмбрионе заставляют клетки дифференцироваться. Этот процесс достигает высшей точки мастерства, когда отдельные клетки «поймут», что они должны будут войти в состав печени, мозга или костей. Наконец одна-единственная первоначальная клетка размножается до семейства из 76 миллионов миллионов клеток человеческого организма.

И это опять-таки не конец истории. Мало найдется в вашем организме таких мест, где клетки сохранялись бы в неизменном виде, кроме мозга. Например, клетки, которые выстилают стенки желудка, буквально купаются в соляной кислоте, а это такая эссенция, которая способна растворить лезвие бритвы, поэтому эти клетки необходимо постоянно восстанавливать. Каждые три-четыре дня слизистая оболочка желудка полностью обновляется. Кровяные клетки живут дольше, но даже они саморазрушаются примерно через четыре месяца. По сути дела, почти все клетки организма заменяются через каждые семь лет. Может быть, этим объясняется стремление обновить отношения, которое возникает у некоторых раз в семь лет. Вы смотрите на свою вторую половину и думаете: «А ведь это совсем другой человек, не тот, с которым мы когда-то встретились впервые».

5. Пришельцы внутри нас
Мы рождаемся полноценными людьми, а в конце жизни становимся наполовину пришельцами

Кто-то чужой сидит у меня в голове, и это не я.

«Пинк Флойд»

Половина клеток вашего организма – не ваши. Ранее считалось, что каждые девять из десяти клеток – «чужие», но последние исследования показали, что эта пропорция все-таки меньше^[22]. Но согласитесь, от осознания того, что 50 % клеток, которыми вы владеете, – примерно 38 миллионов миллионов – на самом деле к вам не относятся, возникает довольно странное чувство.

Некоторые чужеродные клетки прицепились и едут на вас «автостопом»; это грибки. А еще бактерии! На самом деле вы не могли бы извлекать питательные вещества из пищи, если бы не сотни видов бактерий, живущих в вашем желудке. Вот почему, если долго принимать антибиотики, может случиться расстройство желудка. Антибиотики не разбираются, кто «друг», а кто «враг», и наряду с болезнетворными бактериями убивают и те, без которых вам не обойтись.

Бактерии гораздо меньше, чем остальные клетки вашего тела. Поэтому, хотя их количество сопоставимо с общим числом ваших клеток, по массе они занимают всего примерно 1,5 килограмма от общей массы человека весом 70 кг.

Правительство США выступило с инициативой провести пятилетнее исследование, посвященное выявлению всех чужеродных микроорганизмов в организме человека и выяснению их функций. Этот гигантский проект называется «Микробиом человека» (HMP)^[23]. Предварительные результаты опубликованы в 2012 году. Они доказали наличие 10 000 видов чужеродных клеток в организме человека – это в сорок раз больше, чем количество разнообразных типов ваших собственных клеток. Фактически на каждом квадратном сантиметре вашей кожи уютно расположились около 5 миллионов бактерий. То есть их не менее 500 на каждом кусочке кожного покрова размером с булавочную головку. Наиболее густонаселенные участки – уши, задняя часть шеи, боковые стороны носа и пупок. Что эти «чужаки» вытворяют – одному Создателю известно. Например, в проекте «Микробиом человека» выявлено, что 77 % разных бактерий облюбовали себе нос – интересно бы понять, что они вообще-то там делают!

Оказалось, что носовые полости 29 % людей содержат бактерии золотистого стафилококка. Звучит довольно угрожающе, не правда ли? Однако иммунная система здоровых людей держит такие бактерии под контролем, и они не причиняют вреда. Они опасны только для людей с ослабленным иммунитетом. Очевидно, что в больницах, где лежат в основном больные люди, эти бактерии могут стать настоящим бедствием.

Появляется все больше доказательств того, что дисбаланс микробиома (сообщества бактерий) человека может быть немаловажным фактором, вызывающим широкий спектр заболеваний. К ним относятся, например, воспалительные заболевания кишечника, такие как болезнь Крона и язвенный колит. Существует предположение, что дисбаланс бактериальной флоры может играть роль также в возникновении болезни Альцгеймера^[24].

Никто не обладает полным набором чужеродных микроорганизмов при рождении. Они проникают в наше тело постепенно, с материнским молоком и при контакте с окружающей средой.

К трехлетнему возрасту организм приобретает уже почти полный набор. Именно поэтому можно сказать, что вы рождаетесь настоящими людьми, а к концу жизни становитесь наполовину «пришельцами».

А на самом деле все обстоит еще хуже. В исследованиях проекта «Микробиом человека» выяснилось, что микроорганизмы, населяющие наш организм, имеют в общей сложности 8 миллионов генов, каждый из которых кодирует белок с определенной целью. Сравните это число с геномом человека, который содержит всего 24 000 генов. Следовательно, генов микробного происхождения, которые оказывают влияние на наш организм, примерно в 400 раз больше, чем собственно человеческих генов. Или, другими словами, 99,75 % ДНК в нашем теле не принадлежат нам. В этом смысле мы даже не наполовину люди, а всего лишь на одну четверть. Возможно, еще более справедливо следующее высказывание: мы рождаемся на 100 % людьми, а к концу жизни становимся на 99,75 % инопланетянами!

6. Незаменимый мозг
Юная асцидия блуждает по морю в поисках скалы для пристанища. Найдя постоянное место жительства, она укореняется там и… съедает свой мозг: он ей больше не понадобится^[25]

Джентльмены, складывается довольно мрачная картина. Климат на Земле меняется, млекопитающие все заполонили, а мозг у нас размером с грецкий орех.

Гари Ларсон. «Далекая сторона». (Из разговора динозавров)

Юная асцидия блуждает по морю в поисках скалы для пристанища. Вот она находит подходящую скалу, цепляется за нее и… съедает свой мозг за ненадобностью. Интересно, что будет делать эта асцидия, если ее смоет в море большой волной? Избавившись от своего мозга, будет ли она бесцельно блуждать по океану, как моряк без карты и компаса? Или же она вырастит мыслящий орган заново и чудесным образом восстановит свои навигационные навыки, необходимые для поиска нового скалистого дома^[26]?

Автоканнибализм юной асцидии служит наглядным примером того, в каких ситуациях умственные способности могут являться преимуществом (или обузой) с точки зрения затрат энергии. Большинство существ на Земле обходятся без интеллекта, и даже такое создание, как морская асцидия, избавляется от него сразу же, как он перестает быть нужен. Рудольфо Льинас, колумбийско-американский нейробиолог, объясняет это следующим образом: «Есть два основных типа животных: просто животные и животные без мозгов. Последние называются растениями. Им не нужна нервная система, потому что они активно не передвигаются, не вытаскивают из земли свои корни и не убегают от лесных пожаров! Но для активного движения созданию нужна нервная система, иначе ему угрожает быстрая и неминуемая гибель»^[27].

У людей необычайно большой головной мозг. Вероятно, это связано с переходом на мясную диету – мясо более богато энергией, чем растения, – и с изобретением кулинарии. Подобно тому, как умение писать расширило наши возможности и стало внешней памятью, сковорода превратилась во внешний желудок. Она расщепляет белки в мясе, чтобы их было легче переваривать, выполняя часть работы, которую обычно делает кишечник. В результате требуется меньше энергии, чтобы обслуживать небольшой по размерам желудок, и больше энергии остается для поддержания в активном состоянии довольно крупного мозга.

Трудно поверить, но человеческому мозгу требуется для работы мощность, равная примерно 20 ватт, что эквивалентно довольно тусклой лампочке. Суперкомпьютеру для подобных вычислений требуется 200 000 ватт – другими словами, он в 10 000 раз менее эффективен, чем человеческий мозг. Несмотря на такую эффективность человеческого мозга, по сравнению с другими тканями организма он расходует гораздо больше энергии. Составляя всего от 2 до 3 % массы взрослого человека, мозг потребляет примерно 20 % всего кислорода, требуемого организму.

То, что мозг испытывает такую огромную потребность в энергии по сравнению с остальным телом, не удивительно, если вспомнить тот факт, что мозг содержит примерно 100 миллиардов клеток – столько же, сколько звезд содержит наша галактика Млечный Путь. Каждая клетка мозга, или нейрон, может соединяться с 10 000 других клеток через пальцеобразные разветвленные отростки, называемые дендритами. В принципе, такая система связи может обеспечить до квадриллиона соединений. Именно в этих соединениях благодаря относительной прочности связей хранится секрет наших воспоминаний и другая информация. Каждое ваше переживание в каждый момент, каждый день изменяет структуру связей между нейронами вашего мозга. Как сказал американский ученый Марвин Минский, специалист в области искусственного интеллекта: «Основная цель работы мозга – изменять самого себя»^[28].

Клетка головного мозга, или нейрон, получает электрические сигналы от других клеток головного мозга через пальцевидные дендриты и передает эти сигналы разным другим клеткам мозга через длинный отросток – аксон.

Все эти процессы требуют затрат энергии – вот почему напряженные размышления так утомляют нас. «Всякий раз, когда мы проводим время за чтением книги или участвуем в беседе, мы получаем новые знания, которые стимулируют физические изменения в нашем мозгу, – говорит американский писатель Джордж Джонсон. – Довольно неприятно сознавать, что наш мозг меняется каждый раз после встречи с кем-либо, причем иногда эти изменения необратимы»^[29].

Но несмотря на то, что для постоянных обновлений связей между нейронами требуется большое количество энергии, люди, в отличие от юных морских асцидий, упрямо держатся за свой мозг.

А может быть, это только так кажется.

Оказывается, масса мозга человека сократилась на 10 % за последние тысячелетия. Наибольшую массу мозг имел примерно 15–30 тысяч лет тому назад^[30]. Это может объясняться, в частности, тем, что много тысяч лет назад люди жили в условиях, где смекалка была жизненно необходима, чтобы уцелеть среди опасных хищников. Сегодня мы живем в гораздо более комфортабельном мире, где многие задачи, связанные с выживанием, – от помощи в критических ситуациях с угрозой для жизни и строительства жилищ до получения продовольствия – отданы на откуп различным общественным службам^[31]. Мы также сократились в размерах по сравнению с нашими предками. Это хорошо заметно на примере домашних животных, которые, как правило, меньше своих диких собратьев. Из всего этого не следует с необходимостью вывод, что мы стали глупее – размер мозга не является показателем человеческого интеллекта; но это может означать, что наш мозг сегодня устроен по-другому, с более эффективной системой связей, чем у наших предков.

Мы сейчас только вступили на путь познания того, как работает наш мозг. На этом пути научного познания именно мозг будет последним рубежом, а вовсе не исследование космоса. Существует мнение, что мозг никогда не сможет до конца познать сам себя, потому что это противоречит законам логики. «Если бы человеческий мозг был настолько простым, что мы с легкостью разбирались бы в нем, мы сами были бы настолько примитивны, что познать его выходило бы за пределы наших возможностей»^[32]. Однако дело обстоит несколько иначе: мозг, конечно, не пытается понять сам себя. В этом процессе участвует объединенный интеллект всего научного сообщества. Как гласит итальянская пословица: «Одна голова – это еще не все мозги».

Часть вторая
Люди

7. Общение, общение, общение
Каменные топоры: 1 400 000 лет без изменений

Единственная постоянная в жизни вещь – это перемены.

Гераклит

За последние 1 400 000 лет конструкция каменных топоров не претерпела ни малейших изменений. Этот удивительный факт мне несколько лет назад поведал Крис Стрингер после прочтения моей книги «Этот удивительный мир». Он тогда работал в музее естествознания в Лондоне и был экспертом по происхождению человека. По словам Стрингера, палеонтологи ссылаются на этот период в истории нашего развития как на «1,4 миллиона лет скуки».

Конечно, наши человекоподобные предки, так называемые гоминины, могли изготавливать и деревянные инструменты, которые в земле быстро превращались в труху, или костяные инструменты, которые почти невозможно отличить от фрагментов естественных костных останков^[33]. И нет никаких сомнений в том, что социальная жизнь наших предков претерпевала глубокие изменения, о которых не осталось никаких явных свидетельств в летописи окаменелостей, – будь то обуздание огня, изобретение языка или неуклонно усложнявшиеся общественные отношения.

Но факт остается фактом: на протяжении 60 000 поколений никто не помышлял о том, чтобы внести усовершенствования в конструкцию каменного топора. Сегодня, к примеру, мы живем в мире, в котором айфон обновляется каждый год; что уж говорить о том, что может произойти за время жизни одного поколения! Но мы редко останавливаемся в своей ежедневной спешке, чтобы задуматься о том, в какое необычное время мы живем. На протяжении большей части человеческой истории ничего не менялось – если какие-то изменения и происходили, то их обрывала поступь ледниковых периодов (на протяжении последних нескольких миллионов лет общая протяженность ледниковых периодов составляет 90 %).

Все изменилось с появлением технологии производства продуктов питания. Вскоре после окончания последнего ледникового периода, около 13 000 лет назад, люди начали предпринимать попытки выращивать сельскохозяйственные культуры. 8500 лет тому назад жители так называемого Плодородного полумесяца на Ближнем Востоке уже умели культивировать пшеницу, горох и маслины, а 8000 лет назад они одомашнили овец и коз. В Китае за 7500 до н. э. были известны такие домашние животные, как свиньи, был «одомашнен» шелкопряд, выращивались рис и просо. Когда начали появляться излишки продуктов питания, люди постепенно перешли на жизнь в поселках, в которых они могли заниматься различными специфическими видами деятельности, не связанными напрямую с охотой или сбором даров природы.

Большую часть своей истории люди жили небольшими группами, вряд ли включавшими более 50 человек. Если даже кто-то что-то изобретал – например, говорил новое слово в искусстве создания каменного топора, – у этого изобретения почти не было шансов выйти далеко за пределы данного коллектива, и оно отходило в мир иной вместе со своим изобретателем. Скорее всего, огонь приручали много раз и приходилось неоднократно выдумывать способы его укрощения, пока секрет его рождения не стал общеизвестной истиной.

С появлением больших поселений, жителей которых можно было стабильно обеспечивать продуктами сельскохозяйственного производства, впервые появилась возможность сберегать и распространять новые идеи и появился простор для нововведений. Производство продуктов питания открыло возможность для повсеместного роста населения, а это неизбежно привело к расширению возможностей для общения^[34]. Если и есть три слова, которые способны полностью объяснить историю человеческой расы за последние 13 000 лет, то это общение, общение и еще раз общение.

Перемены сегодня происходят гораздо быстрее, чем раньше, и это объясняется прежде всего растущей численностью населения. Возникает больше возможностей для общения и внедрения всевозможных инноваций. Скорость распространения новых идей такова, что ее, пожалуй, можно сравнить со скоростью экспансии вирусной инфекции. Сейчас повсеместно растет пользование интернетом, благодаря которому могут связаться друг с другом миллиарды людей, часто весьма удаленных друг от друга географически, и количество таких контактов стремительно увеличивается.

Не правда ли, это удивительно? Для человеческой истории последние 13 000 лет имели большое значение, а сейчас, с точки зрения технологических перемен, последние пятьдесят лет поистине беспрецедентны. Причина этого – удвоение мощности компьютеров примерно каждые восемнадцать месяцев. Эта тенденция была впервые замечена в 1965 году Гордоном Муром, одним из основателей американской компании Intel, производящей процессоры для компьютеров, и получила название «закон Мура» в его честь. Если эти темпы сохранятся, то за пятнадцать лет мощность компьютеров должна увеличиться в 1000 раз. До бесконечности это продолжаться не может. На размер и быстродействие компонентов компьютера накладываются чисто физические ограничения. Мы стали свидетелями весьма необычного периода нашей истории, который не может длиться чрезвычайно долго: мы живем в эпоху экспоненциального роста производительности компьютеров. Вряд ли мы можем сегодня отдать себе отчет, к каким переменам в человеческом обществе это может привести.

Но давайте вернемся с небес на землю. Общение, общение, и еще раз общение сотворило наш современный мир, и оно же привело к тому, что перемены наверняка затронут конструкцию айфона в ближайшие 1,4 года, не говоря уже об интервале в 1,4 миллиона лет. Но в конечном счете все это стало возможным благодаря одной-единственной вещи: сельскому хозяйству. Как верно было подмечено: «Несмотря на все свои эстетические претензии, обширные научные познания и многочисленные достижения, человек обязан своим существованием верхнему плодородному слою почвы толщиной 15 см, который постоянно омывается дождями».