Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса

После процесса потоотделения ваша кровь переносит в себе меньшее, чем прежде, количество молекул воды. Теперь ваше тело нуждается в пополнении резервов со стороны. Чтобы вы могли просто попить воды, клеткам вашего организма нужно согласовать свою деятельность. Решения и действия, требуемые для координации разных частей тела, чтобы эти решения можно было выполнить, принимаются и реализуются человеком сначала на подсознательном, а затем на сознательном уровне.

Отдельно взятая клетка человеческого мозга бесполезна. Она приносит пользу лишь благодаря тесной связи с остальными клетками, и эта сеть взаимных связей, по-видимому, не менее важна, чем клетки мозга как таковые. Поскольку решение выпить стакан воды возникает из этих взаимных связей между клетками мозга, было бы вполне логичным предположить, что клетки мозга связаны не только друг с другом, но и с остальными клетками человеческого организма. Средством передачи сигналов между клетками служат нервные волокна: тонкие нити, выходящие из клеток наподобие электрических проводов. Передавая электрически заряженные частицы через мембрану на одном конце нервного волокна, клетка мозга запускает электрический сигнал, который распространяется по нервному волокну. Конец первого нервного волокна соединен с другим нервным волокном и т. д. В результате происходит передача управляющего электрического сигнала по длинной цепочке клеток, входящих в состав ряда нервных волокон, от мозга к какому-либо из органов. На то, чтобы управляющий электрический сигнал, сформировавшийся в одной из клеток мозга, достиг одной из мышц вашей ноги, может понадобиться доля секунды. Примерно в то же время на другие мышцы ноги поступают скоординированные электрические сигналы (сообщения) с других нервных волокон, вследствие чего мышцы вашей ноги сокращаются, поднимая вас с дивана. Ощущение пола под ногами и изменение температуры кожи в результате совершаемого вами движения передаются по нервным волокнам обратно в мозг в виде других электрических сигналов.

В нашем теле циркулирует колоссальный объем информации, передаваемой либо по нервным волокнам в виде электрических сигналов, либо посредством химических носителей сообщений, таких как гормоны. Сочетание всевозможных органов и структур составляет единый человеческий организм. Его единство обусловлено не только общностью ресурсов, но и информацией – ее обширными, скоординированными и взаимно перекрывающимися потоками. Задолго до наступления «информационной эпохи» мы сами представляли собой сложные информационные системы.

Эта информация бывает двух видов. Первый – перемещающаяся информация: нервные и химические сигналы, которые движутся в нашем теле прямо сейчас. Но в человеческом теле также огромное количество сохраненной информации – нечто наподобие молекулярной библиотеки, сконцентрированной в нашей ДНК. В окружающем мире миллионы одинаковых атомов группируются вместе, образуя крупные агломерации стекла, сахара или воды. Но в гигантской молекуле, коей является нить ДНК, каждому атому отведено строго определенное, лишь для него одного предназначенное место, и это точное размещение отдельных атомов разных типов обеспечивает наличие своего рода алфавита. Молекулярный механизм клетки позволяет считывать этот генетический алфавит, состоящий из букв A, T, C и G, в процессе перемещения вдоль нити ДНК и использовать полученную информацию для строительства белков или регулирования деятельности клетки. Человеческое тело должно иметь гигантские размеры по сравнению с атомами, потому что каждая клетка, представляющая собой фабрику в миниатюре, сама по себе достаточно сложная структура.

Человеческое тело – огромный невероятно сложный механизм; даже отдельно взятая клетка может содержать миллиард молекул, а их в теле человека порядка 10 миллионов миллионов (10 13) клеток. Человеку нужна чрезвычайно разветвленная сигнальная и транспортная система, которые бы координировали функционирование множества составных частей организма, причем следует помнить, что такая координация также требует какого-то времени. Никто из нас не обладает так называемыми молниеносными реакциями, поскольку плата за нашу потрясающую сложность – значительное время, уходящее на выполнение того или иного действия. Кратчайшее время, которое мы в состоянии оценить, – это моргание глазом, занимающее примерно треть секунды. За столь короткий отрезок внутри нас должны образоваться миллионы белков и миллиарды ионов должны диффундировать сквозь синапсы наших нервов, между тем как более простой мир, находящийся за пределами нашего тела, за то же время успевает уйти далеко вперед.

Пока мы переходим из одной комнаты в другую, наша внутренняя информационная система продолжает неустанно работать. Но ей требуется информация о происходящем вокруг нас. Вот именно сейчас мне нужно найти воду. В наше тело встроены чувствительные датчики – рецепторы, которые изменяют свое состояние в ответ на те или иные изменения в окружающей среде и передают информацию об этих изменениях в мозг. Самые яркие – ощущения, получаемые посредством зрения.

Мы практически все время погружены в свет, но наше тело почти не впитывает его в себя. Это море света несет в себе информацию об окружающем мире, поскольку сама природа света напоминает нам о его происхождении, однако львиная доля этой информации проходит мимо нас. Лишь ничтожная часть от всего светящегося изобилия попадает на зрачки наших глаз: два маленьких кружка диаметром не более двух-трех миллиметров. Только крошечная часть световой информации, попадающей на наши зрачки, заключена в видимых световых лучах, и только она воспринимается нами. Именно она несет в себе все визуальное богатство, которое мы воспринимаем как нечто само собой разумеющееся. В момент достижения наших зрительных органов видимые световые волны нужно как-то упорядочить, чтобы мы могли воспринять заключенную в них информацию. Наши окна в мир защищены мягкими прозрачными линзами, которые замедляют свет до 60 % от его скорости в воздухе. При замедлении эти световые лучи отклоняются. Форма линз регулируется крошечными мышцами таким образом, чтобы все лучи, исходящие от какого-либо отдельно взятого объекта, находящегося за пределами нашего тела, снова сходились в одной точке позади глаза. Процесс восхитителен сам по себе. Нам кажется, будто мы видим все, что открыто нашему взору, но в действительности выхватываем лишь самую незначительную часть, которая и оказывается картиной, нарисованной нашим зрением.

Световые лучи, попадающие на сетчатку глаза, могли отразиться от Луны или кончиков наших пальцев, но все они оказывают одинаковое воздействие. Отдельно взятый фотон поглощается отдельно взятой молекулой опсина, скручивая эту молекулу и запуская процесс, который по цепочке нервных волокон передает соответствующий электрический сигнал в наши управляющие системы. Когда наше проголодавшееся бренное тело направляется на кухню в поисках чего-нибудь съестного, фотоны, отразившиеся от раковины, водопроводного крана и чайника, устремляются в наши глаза; наш мозг моментально обрабатывает эту информацию, подсказывая нам, что следует сделать в первую очередь. Если на кухне темновато, мы включаем освещение – и лампочка испускает целый сноп световых волн. Проходя по кухне, они видоизменяют ее мир, отражаются, преломляются и поглощаются до тех пор, пока наши глаза не воспримут результирующую картину. При этом следует помнить, что свет – далеко не единственное, что нас окружает и воздействует на нас.