Издательство «Бомбора» представляет книгу Евгения Плисова «Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?».
Мы живем в необычном и удивительном мире, в котором находимся далеко не на первом месте. Однако каждому из нас выпал уникальный шанс — родиться человеком разумным. Ученый, популяризатор науки и ведущий проекта «Умная Москва» Евгений Плисов последовательно делится увлекательными фактами из разных областей науки, чтобы показать, насколько интересен и прекрасен окружающий нас мир, почему нельзя терять любознательность и как научное мировоззрение может изменить вашу жизнь.
Предлагаем прочитать фрагмент главы «Человек в контексте Вселенной».
Как работает мозг
Я не буду сильно углубляться в тонкости строения мозга, поскольку мне никогда не нравилась эта тема. Бесконечные зоны: мозжечки, кора, гипоталамусы, ядра мозга... Мы коснемся лишь одной вещи — как работают клетки мозга, нейроны, на базовом уровне.
Большинство людей в курсе, что по нейронам передаются какие-то сигналы. Часто художники рисуют передачу сигнала в нашем мозгу как нечто очень красочное. Искры и светящиеся импульсы пробегают в черепной коробке, перепрыгивают с нейрона на нейрон, всё крайне похоже на фейерверк, однако в реальности такого не происходит. Не будем рассуждать на тему, что у нас в головах ничего не светится. Мы просто вспомним, что в голове 90–95 млрд нейронов, эти клетки утрамбованы как селедки в бочке, и если бы сигнал между нейронами разлетался так, как часто показывают в фильмах, то наш мозг был бы сплошной электрической кашей. Сигналы передаются очень локально.
Строение нейрона
Посмотрим на нейрон, главную клетку нашего мозга. Именно эти клетки позволяют вам читать книги, думать, анализировать, а еще дышать, есть, спать и, если суммировать, быть человеком. Мы могли бы дышать и без них, поскольку дышат в широком смысле все существа на нашей планете, однако вдохнуть полной грудью могут вам позволить только они.
Аксон нейрона и миелиновая оболочка
Посмотрим на строение нейрона повнимательнее. У нейрона есть «тело», основная масса клетки, и есть разные отростки. Малые ветвистые отростки, их бывает очень много, называются дендриты. Они принимают сигнал. Далее этот сигнал передается на тело, а от него на аксон — провод, который передает сигнал дальше. На аксоне можно заметить странные специфические наросты. Эти наросты, называемые «миелиновая оболочка», образуют клетки Шванна. Это изоляция, чтобы, во-первых, сигнал не убегал на другие нейроны. Прямая аналогия с проводами. Представьте, что у вас есть коробка с новогодней гирляндой, и весь провод этой гирлянды лишили изоляции. Вы вставляете вилку в розетку и наслаждаетесь… зрелищем. Будет очень красиво, но недолго. А вторая функция этой оболочки, о которой стоит упомянуть, — это ускорение передачи сигнала.
Если вы крупное существо, то вам нужно как-то решать проблему быстрого реагирования на внешние импульсы. Это можно сделать двумя глобальными путями. Первым путем пошел гигантский кальмар, прекрасное существо длиной около 8 м. Если вы аквалангист и вам нечем заняться, можете поплавать с гигантским кальмаром и при желании пнуть его в одно из щупалец. Он это быстро почувствует и отреагирует, потому что у него есть огромной толщины нервные волокна. Некоторые из них почти в 100 раз толще, чем у человека, и это, кстати, самая массивная нервная система в природе. Поэтому с 1930 года, когда нервные волокна кальмара впервые были обнаружены, их постоянно изучают, и многим современным знаниям о действии нервов человека, их физиологии, биохимии и биофизики мы обязаны кальмарам. Мы себе позволить настолько толстые нервы не можем по одной простой причине — наш размер не 8 м в длину. Поэтому эволюция нашла другой выход — покрыть все клетки изолирующим материалом, позволяющим сигналу двигаться скачками.
Нормальный нерв — миелиновая оболочка не повреждена
Клетки Шванна отвечают за изоляцию и оборачивают собой аксон нейрона, словно изолента. Количество таких слоев может доходить до сотни, и эта оболочка на 75 % состоит из жира как изолирующего материала. Поскольку миелиновая оболочка по объему больше, чем сам нейрон, то, как ни странно, по химической структуре наш мозг по большей части жир. Белое вещество мозга названо так потому, что проводящие миелинизированные отростки нейронов из-за этого сочетания жира и белка имеют белый цвет. Сами тела нейронов выглядят серыми, поэтому называются серым веществом мозга. Кстати, в некоторых кухнях мира ценятся блюда из мозгов, и если вы пробовали подобное, то наверняка не забудете ощущение структуры этого деликатеса. Это, по сути, кусочки рыхлого жира. Так что нашими телами управляет не только страшный макаронный монстр, но еще и жирный. Миелиновая оболочка обязательно нужна, так как без нее начинается череда серьезных проблем, например, рассеянный склероз.
Поврежденный нерв — миелиновая оболочка повреждена или разрушена
Напомню, что рассеянным склероз называется так не потому, что человек становится рассеянным, а потому, что поражается множество участков миелиновой оболочки. Поражение «рассеяно» по мозгу, оно «множественное». А «склероз» означает «рубец», то есть замену нормальной ткани тела соединительной тканью, не выполняющей основной функции. Заболевание аутоиммунное, то есть изоляцию ваших собственных мозгов начинает пожирать иммунная система. Описывать всю палитру проявлений этого заболевания нет смысла, это займет ближайшие несколько страниц, но все эти симптомы будут проявлением снижения скорости передачи сигналов между нервными клетками. Если вы успешно читаете эту книгу, ходите, общаетесь с друзьями, у вас нет двигательных проблем, а даже если и есть, но вы все равно понимаете эти строки и можете потом их вспомнить, то ощутите немного радости от текущего момента. Многим людям на свете такое уже неподвластно.
Вернемся к нейрону. По нейрону сигнал бежит в виде электрического импульса. Именно «по» нейрону, а не «в» нейроне, потому что главный передатчик импульса — это именно мембрана клетки. Передает сигнал электрический ток, но не в виде электронов, как в розетке. Электрический ток — это движение заряженных частиц, в том числе ионов. Если бросить кристаллик поваренной соли в стакан с водой — он растворится. Подобное удивить уже не может, хотя в этот момент проявится одно из ключевых свойств воды, а именно свойство диполя. Вода по химической формуле H2O, то есть два атома водорода прикреплены к атому кислорода.
Структура молекулы воды и ее взаимодействие с поваренной солью
Молекула сама по себе электронейтральна, то есть не имеет заряда (H2O0). Однако тут идет речь о суммарном заряде: атом кислорода с зарядом «2–» (O2–) компенсирует два атома водорода с зарядом «+» (2H+). Проблема в том, что атом кислорода жадный, он хочет подвинуть электроны поближе к себе, что и делает, приобретая локальный отрицательный заряд прямо внутри молекулы. Водород, в свою очередь, приобретает положительный, и внутри самой себя молекула воды превращается в диполь, то есть имеет два разных заряда на концах. Как мини-магнит она может растаскивать ионы из других материалов, что делает ее универсальным растворителем.
Если кристаллик поваренной соли попадет в воду, то молекулы воды растащат NaCl (соль) на составляющие: Na+ и Cl–. Этот процесс происходит и в нашем теле, нам жизненно необходимы подобные ионы для работы. Если же ионы начнут перемещаться куда-либо под каким-либо воздействием — например, вы опустили в стакан два электрода либо повысили концентрацию конкретного иона в одном месте и понизили в другом, — то движение ионов (заряженных частиц) будет называться электрическим током (направленное движение заряженных частиц). Именно подобный электрический ток работает в вашей голове, когда вы читаете эти строки.