Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— А что такое эти фибриллы?

— Более толстые волокна диаметром 160 ангстремов состоят из миозина, а более тонкие, диаметром 50 ангстремов, состоят из актина.

Электронная микрофотография поперечного сечения летательной мышцы тли. (С разрешения д-ра Д. С. Смита и журнала «Revue Canadienne de Biologie»)

— Как те волокна, которые сокращались в стаканах на лабораторном столе?

— Совершенно верно, — подтвердил Сент. — Вы начинаете понимать, как происходит мышечное сокращение. Как заметил известный английский ученый Эндрю Филлинг Хаксли, ни одна фибрилла не проходит по всей длине волокна, и если бы фибриллы могли скользить одна по другой, то они могли бы уменьшить длину всего волокна и тем самым заставить его сократиться. Они похожи на двух гусениц, ползающих друг по другу в противоположные стороны. Если к хвосту каждой из гусениц прикрепить нить, то гусеницы могли бы заставить нить сокращаться и производить работу. Разумеется, две фибриллы могут произвести небольшое количество работы, но их в мышце очень много, Геркулес, как вы помните, был силачом, не имевшим себе равных, но вся его сила создавалась маленькими фибриллами.

— Но если это так, то почему волокно в вашем приборе из двух лабораторных стаканов сокращалось так слабо?

Электронная микрофотография волокон ДНК

— Дело в том, что когда вы изготавливаете актиномиозиновое волокно искусственно, фибриллы располагаются в нем случайным образом, а большинство из них не согласуются по направлению с ближайшими соседями. В искусственном волокне фибриллы скорее напоминают гусениц, ползающих по всем направлениям, из-за чего усилия одной гусеницы почти полностью компенсируются усилиями других. Здесь же, в мышце, каждая фибрилла находится в нужном месте.

— А что заставляет фибрилл выстраиваться в таком строгом порядке?

— Пока мы не можем дать полный ответ на этот вопрос, но ясно, что работа, совершаемая мышцами, имеет какое-то отношение к этому. Мышцы, которые я вам показывал, называются полосатыми, они необходимы для выполнения внезапной и тяжелой работы. Но существуют и другие, так называемые «гладкие» мышцы. Гладкие мышцы выстилают стенки таких внутренних органов, как мочевой пузырь и кишечник, и служат для медленных продолжительных сокращений. Глядя на них, вы не обнаружите ни малейших признаков полосатости, или стриации, так как фибриллы, идущие более или менее параллельно одна другой, все же недостаточно упорядочены. Но, как показывает один интересный эксперимент, фибриллы гладкой мышцы можно упорядочить так, чтобы они аккуратно прилегали одна к другой, и тем самым превратить гладкую мышцу в полосатую. Если мочевой пузырь собаки (находящийся «на месте» — в живой собаке) заставить искусственно часто растягиваться и сокращаться, наполняя его жидкостью и опустошая, то первоначально гладкая мышца стенки пузыря начинает обретать полосатость. Домашние хозяйки, которые варят тянучку в домашних условиях, знакомы с аналогичным явлением по собственному опыту. Если сваренную массу растягивать только в одном направлении, то ее молекулы выстраиваются по направлению растяжения, масса упрочняется, и тянуть ее становится труднее.

— Ваше объяснение мышечного сокращения скольжением фибрилл представляется мне вполне разумным, — заметил мистер Томпкинс. — Но мне кажется, что один весьма важный пункт остается неясным.

Скольжение — это очень хорошо, но как фибриллы скользят друг по другу?

— Из своего визита в научно-исследовательскую лабораторию вы должны извлечь урок, — ответил Сент. — Лаборатории для того и существуют, чтобы мы могли получить ответы на многие вопросы о различных вещах, которые мы не понимаем. Ваш вопрос — один из них. По мнению некоторых исследователей, палочки актина и миозина выполняют функцию своего рода храпового механизма, похоже, что на палочках имеются выступы и бороздки, поэтому когда палочки движутся, они сцепляются друг с другом и не соскальзывают назад. В самый мощный электронный микроскоп можно рассмотреть небольшие шишечки на миозиновых фибриллах, которые могут быть деталями такого храпового механизма. Мы достоверно знаем, что перемещение молекулы актина на один «зубец», сопровождается распадом одной молекулы АТФ и что мышечная фибрилла перемещается на 50-100 зубцов в секунду.

Хотя я не убежден в том, что нам действительно удалось понять, что заставляет фибриллы двигаться друг по другу, в одном я уверен: наше невежество продлится недолго, поскольку над этой проблемой работает множество людей.

Мистер Томпкинс был очень горд тем, что ему удалось, так сказать, ступить на передовую границу знания, но тем не менее не оставил своего намерения выкачать из Сента как можно больше информации.

— Вы упомянули о том, — начал он, — что мышцы не только сокращаются, но и делают что-то еще. Не могли бы вы рассказать мне о других функциях мышц?

— С удовольствием, — ответил Сент. — Кое-что нам известно.

Речь идет о том, как мышцы вырабатывают и надлежащим образом распределяют АТФ, как они получают сигнал от своего нерва о том, что должны сократиться. Все это делают миниатюрные водопроводные системы. Но разобраться в их устройстве вы сможете после того, как узнаете чуть больше о том, как устроена клетка.

Простейшую, возможную клетку вы можете представлять себе как некоторую массу цитоплазмы или раствора белков в воде. Но такая модель слишком проста. Если бы клетка была устроена так, то ее содержимое просто растеклось бы, смешавшись с окружающей жидкостью, и клетка умерла бы. Чтобы предотвратить растекание содержимого, клетки покрыты оболочкой — мембраной, состоящей из белков и жиров. В толщину мембрана достигает всего лишь нескольких молекул, но она почти непроницаема, напоминая резиновый пузырь. Разумеется, кое-что сквозь мембрану все же проходит. Это питательные вещества, вода, газы и т. д. Следовательно, в мембране имеются крохотные дырочки, имеющие такую форму, что одни молекулы через них проходят, а другие задерживаются. Эти дырочки позволяют мембране действовать как молекулярный насос, накачивающий извне внутрь клетки такие вещества, как сахара и аминокислоты и концентрирующий их для последующего использования клеткой.

Мембрана необычайно важна для жизни. Когда клетка умирает, ее смерть среди прочего проявляется в том, что мембрана начинает «протекать» — перестает быть непроницаемой. Вам, несомненно приходилось замечать, что когда ваша жена кладет свеклу в холодную воду, вода остается чистой, а когда ваша половина убивает клетки свеклы кипячением, красный краситель из клеток просачивается наружу, и вода, в которой варится свекла, краснеет.