Питер Годфри-Смит - Чужой разум. Осьминоги, море и глубинные истоки сознания

Одной из наиболее хорошо изученных систем подобного рода обладает хорошо знакомая нам кишечная палочка, E. coli [12] Сокращенная запись названия Escherichia coli . , бактерия, весьма распространенная как вокруг нас, так и внутри нас. Кишечная палочка различает нечто вроде вкуса или запаха; она может определять, полезные или вредные вещества находятся рядом, и реагировать, приближаясь к скоплениям одних веществ и удаляясь от других. На поверхности кишечной палочки имеется набор сенсоров — групп молекул, прикрепленных к наружной мембране клетки. Это «входной» элемент системы. «Выходной» состоит из жгутиков — длинных нитей, с помощью которых клетка плавает. У отдельно взятой кишечной палочки два основных способа передвижения: она умеет мчаться и перекатываться. Когда она мчится, то движется по прямой, а когда перекатывается, то, естественно, меняет направление случайным образом. Клетка постоянно чередует виды движения, но если она почует, что концентрация пищи выросла, то перекатывается реже.

Бактерии настолько малы, что сенсоры сами по себе не могут подсказать им, в каком направлении от них находится полезное или вредное вещество. Чтобы решить эту проблему, бактерия одолевает пространство с помощью времени. Клетку не интересует, сколько вещества рядом с ней в каждый конкретный момент, — ее интересует, повышается его концентрация или понижается. Ведь если клетка будет плыть по прямой просто в ответ на высокую концентрацию нужного ей вещества, она может и уплыть от своего химического рая, вместо того чтобы попасть в него, — все зависит от направления движения. Бактерия решает эту проблему остроумным способом: когда она определяет условия среды, один механизм фиксирует, каковы они в данный момент, а другой «вспоминает», какими они были недавно. Бактерия поплывет по прямой, если почувствует, что химический состав окружающей среды более благоприятен, чем тот, который был мгновение назад. Если этого не происходит, выгоднее сменить направление.

Бактерии — лишь один из нескольких вариантов одноклеточной жизни, и они во многих отношениях проще, чем те клетки, из которых впоследствии получились животные. Это были уже эукариотические клетки, они крупнее, и у них сложное внутреннее строение [13] Об эволюции этих сложных клеток и о роли, которую в ней сыграло поглощение одной клетки другой, см. John Archibald, One Plus One Equals One: Symbiosis and the Evolution of Complex Life (Oxford and New York: Oxford University Press, 2014). Поглотитель был «похож на бактерию» (как я выразился в тексте) только в обиходном смысле. Это, скорее всего, была древняя архея. . Возникли они около 1,5 миллиарда лет назад в результате процесса, который начался с того, что одна маленькая, похожая на бактерию клетка поглотила другую. У одноклеточных эукариот часто более развиты способности ощущать вкус и передвигаться, а кроме того, они вплотную подошли к новому рубежу, на котором появляется особенно важное чувство — зрение.

Для живых существ свет играет двоякую роль [14] Общий обзор по теме см. в статье Gáspár Jékely, «Evolution of Phototaxis», Philosophical Transactions of the Royal Society B, 364 (2009): 2795–2808. В 2016 г. вышло примечательное исследование, описывающее цианобактерию, которая, возможно, умеет фокусировать изображение, используя всю свою клетку как «микроскопическое глазное яблоко» и создавая изображение на внутренней стороне клетки, противоположной источнику света. См. Nils Schuergers et al., «Cyanobacteria Use Micro-Optics to Sense Light Direction», eLife, 5 (2016): e12620. . Для многих это жизненно важный ресурс — источник энергии. Но он может быть и источником информации, сообщающим об окружающем мире. Второй способ использования привычен нам, но его не так просто освоить микроорганизму. В основном одноклеточные используют свет для получения энергии: как и растения, они принимают солнечные ванны. Различные бактерии могут воспринимать свет и реагировать на его присутствие. Таким маленьким организмам трудно определить направление, откуда он идет, не говоря уже о том, чтобы получить изображение, но ряд одноклеточных эукариот, а возможно, и некоторые особые бактерии, имеют зачатки зрения. У эукариот есть «глазки», светочувствительные пятна, связанные с чем-то, что затеняет или фокусирует воспринимаемый свет, делая его более информативным. Одни эукариоты ищут свет, другие избегают его, третьи делают то и другое попеременно: стремятся на свет, когда им нужно пополнить запасы энергии, и избегают его, когда энергии достаточно. Некоторые стремятся на свет, когда он не слишком яркий, и избегают его, когда интенсивность излучения становится опасной. Во всех этих случаях есть система управления, связывающая глазок с механизмом, благодаря которому клетка передвигается.

У этих крохотных организмов чувства служат в основном для того, чтобы разыскивать пищу и избегать ядов. Однако уже самые первые исследования E. coli создавали впечатление, что этим дело не ограничивается. Бактерий привлекали также вещества, несъедобные для них [15] См. Melinda Baker, Peter Wolanin, and Jeffry Stock, «Signal Transduction in Bacterial Chemotaxis», BioEssays, 28 (2005): 9–22. . Биологи, работающие с этими организмами, все больше склоняются к мысли, что чувства бактерий настроены на присутствие и деятельность других клеток вокруг них, а не просто на приток съедобных или несъедобных веществ. Рецепторы на поверхности бактериальных клеток чувствительны к множеству факторов, в том числе к веществам, которые выделяют сами бактерии по разнообразным причинам — иногда просто в ходе обычной жизнедеятельности. На первый взгляд, не бог весть что, но это приоткрывает важную дверку. Если одни и те же вещества производятся и воспринимаются, то появляется возможность координации между клетками. Мы добрались до истоков социального поведения.

Примером может быть чувство кворума [16] См. Spencer Nyholm and Margaret McFall-Ngai, «The Winnowing: Establishing the Squid-Vibrio Symbiosis», Nature Reviews Microbiology, 2 (2004): 632–642. . Если какое-то вещество производится и воспринимается определенным видом бактерий, они могут использовать это вещество, чтобы оценить численность своих сородичей вокруг. Таким образом они могут решить, достаточно ли поблизости других бактерий, чтобы стоило выделять вещество, которое выполняет свою функцию лишь тогда, когда множество клеток производит его одновременно.

Один из первых открытых примеров чувства кворума связан — что весьма к месту в этой книге — с морем и головоногими. Бактерии, живущие в организме гавайского кальмара, благодаря химической реакции умеют светиться, но только если вокруг них достаточно сородичей, которые могут присоединиться к ним. Бактерии управляют свечением, определяя локальную концентрацию молекул вещества-«запала», которое производят они сами и которое сообщает каждой отдельно взятой бактерии, сколько поблизости потенциальных осветителей. Бактерии не просто «зажигаются», но также следуют правилу: чем больше этого вещества бактерия чувствует вокруг, тем больше она его производит .