Адам Пиорей - Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма

Спокойный, скромный исследователь с широким и высоким лбом, с аккуратным пробором, придающим ему что-то явно мальчишеское, Суини провел первые годы своей профессиональной карьеры в обеззараженном лабораторном царстве, изолированном от суровых филадельфийских улиц и остального мира могучими бетонными зарослями медицинских корпусов, больниц, научно-исследовательских центров. Там этот ученый, облаченный в белый халат, погрузился в изучение мира молекул, очень далеко отстоящего от тех драм и насущных проблем реальной жизни, которые в конце концов станут главным побудительным мотивом для его изысканий.

С самого начала он принадлежал к числу тех счастливых ученых, которым даровано чистое, почти детское интеллектуальное удивление, заставляющее лучших из нас разгадывать тайны природы. Так было с того самого дня в начале 70-х, когда, еще будучи студентом МТИ, Суини сгорбился над микроскопом и впервые увидел мышечную клетку в движении.

«Это было очень круто — сама возможность реально увидеть, как движутся эти комплексы молекул, — вспоминает Суини. — Можно было проделывать это даже с отдельными белковыми волокнами — помечать их и потом наблюдать за их движением».

В ту пору Суини занимали не экстремальные случаи развития мышц (дети, чьи мускулы словно бы разрушают себя, или гигантские тяжелоатлеты, бугрящиеся мускулами и очень стремящиеся увидеть, до какой степени они могут накачаться), а более фундаментальные вопросы.

Герру хотелось измерить и воспроизвести процессы, с помощью которых сухожилия и мышцы организма захватывают, передают и преобразуют энергию. Ли Суини хотел понять, откуда берется сам первичный импульс, порождающий движение. К примеру, каким образом ваша рука переходит от положения абсолютного покоя к молниеносным движениям, которые необходимы для того, чтобы с силой бросить камень? Где источник первоначального всплеска энергии, который при звуке стартового пистолета резко посылает спринтера вперед, отрывая его тело от дорожки? Благодаря чему мы с вами можем внезапно вскочить с кресла, чтобы пожать кому-то руку?

Суини понимал, что этот таинственный взрыв энергии каким-то образом зарождается в глубине самих наших клеток. Но как нечто начавшееся внутри структуры столь микроскопической, что мы ее с трудом можем разглядеть, способно развивать силу, достаточную для того, чтобы пошевелить кость? Как оно может породить силу, позволяющую двухсотфунтовому [90-килограммовому] человеку ходить, бросать бейсбольный мяч, поворачивать голову? Да и вообще как это сила добирается от крошечных клеточек до той кости, которой она движет?

В дальнейшем Суини узнал, что наши мышцы состоят из пучков цилиндрических волокон (каждое — не толще человеческого волоса). Именно эти пучки волокон можно увидеть в жареной куриной грудке, когда она распадается на кусочки под вилкой и ножом. Присмотревшись к этим цилиндрическим волокнам под микроскопом, Суини заметил, что и сами волокна тоже, в свою очередь, состоят из более мелких нитей (так называемых «волоконец»), сплетенных вместе. Пучки волокон похожи на пряди волос, а волоконца напоминали ученому тончайшие паутинки. Самые толстые из этих ниточек состоят из белков, именуемых миозинами, более тонкие ниточки — из белков, именуемых актинами.

Удивительно, что именно взаимодействие миллионов этих крошечных компонентов (таких маленьких, что их почти невозможно разглядеть невооруженным глазом) позволяет пятитонному африканскому слону мчаться по саванне, баскетболисту НБА забрасывать мяч в кольцо, а маленькому Лайаму Хёкстре, подтянувшись на пальцах матери, образовывать в воздухе букву Т.

В каждой мышечной клетке толстые клубки миозиновых нитей уложены параллельно более тонким актиновым нитям, которые завиты в плотные кольца. Концы миозиновых нитей в этих пучках могут выгибаться вверх или вниз, образуя длинный ряд «согнутых пальцев» между актиновыми кольцами, находящимися над ними и под ними. Эти «миозиновые головки» образуют тысячи микроскопических мостиков к тем волоконцам, между которыми они зажаты.

Когда Суини стал заниматься этой областью науки, уже было известно, каким образом начинается процесс сокращения мышц. Обычно решение пошевелить рукой зарождает ся как возникающий в головном мозге биохимический импульс — всплеск электрической активности, который затем проходит по позвоночнику и периферическим нервам — и в конце концов достигает пересечения между нервами и нужной мышцей. Здесь нервы тут же выделяют вещество под названием ацетилхолин. Но тогда ученые еще не до конца выяснили конкретные молекулярные механизмы того чуда движения, которое происходит дальше.

Было известно, что химические реакции, запускаемые ацетилхолином, заставляют миозин взаимодействовать с аденозинтрифосфатом (АТФ). Было известно, что АТФ — наиболее готовая к использованию форма накопленной энергии, существующая в организме. Подобно бензину в машине или жидкости для зажигалок, добавленной в костер, она питает определенный процесс: в данном случае — движение мышцы. Взаимодействуя с АТФ, «миозиновые головки» мышцы (Суини стал рассматривать их как истинные «моторы» тела) то отсоединяются от актиновых нитей, то присоединяются к ним, растягиваясь с эластичностью пучка резинок, вцепляясь в актин, как абордажные крючья, и тем самым вынуждая мышцу сокращаться. Мы наблюдаем это как внезапное раздувание бицепса.

Чем больше миозиновых волоконец сплетено вместе, тем сильнее и быстрее их концы-«крючья» могут тянуть актин (просто благодаря увеличению их количества) и тем крупнее кажется нам соответствующая мышца.

«Миозиновые волоконца тянут за актиновые волоконца и заставляют их скользить, — поясняет Суини. — Вот как сокращается мышца».

Выяснив это, Суини начал понимать биологические основы того, что всем нам кажется интуитивно ясным, хотя если немного задуматься, то может показаться, что тут есть некоторое противоречие. Почему самые сильные среди нас (все эти накачанные форварды, которые выпихивали Суини из зоны прохода, или российские толкательницы ядра) — это те, кого реже всего можно увидеть бегущими марафон? Логика вроде бы подсказывает обратное. В конце концов, если у вас больше мышц, вы можете бежать дольше, разве не так?

Объяснение этого противоречия очень простое: существует несколько разных типов мышечных волокон. Одни волокна специализируются на быстрой выработке огромной энергии: такое требуется, если нужно стремительно стартовать в начале гонки, или поднять стофунтовый мешок риса, словно лист бумаги, или свалить на траву Ли Суини, защитника школьной команды. А другие волокна менее мощны, они действуют медленнее, зато куда более энергоэффективно: именно такие необходимы для того, чтобы пробежать марафон, совершить долгую прогулку или весь день не ронять голову на грудь. Обычно они называются мышечными волокнами первого типа — «медленными». Их «быстрые» собратья именуются волокнами второго типа. (На самом деле есть и другие типы, но пока мы будем рассматривать упрощенную картину.)