Шон Кэрролл - Закон «джунглей»

• Название: Закон «джунглей»
• Автор: Шон Кэрролл
• Жанр: Научпоп
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-02391-7

Как работает жизнь? Как природа знает, сколько зебр и львов должно жить в саванне или сколько рыб должно плавать в океане? Откуда наш организм знает, сколько эритроцитов должно быть в крови? Шон Кэрролл – американский биолог, ведущий специалист в области эво-дево – рассказывает нам невероятно интересную историю открытий. Сокровенные тайны природы – законы, которые управляют количеством клеток в наших телах, животных и растений в дикой природе. Самое удивительное в этих правилах то, что они похожи и подчиняются одной логике – логике жизни. Кэрролл рассказывает о том, как знания законов функционирования человеческого тела стимулировали появление лекарств и подводит нас к мысли, что настало время использовать законы «джунглей», чтобы исцелить нашу больную планету.

Смелый и вдохновляющий труд одного из самых знаменитых биологов и одаренных популяризаторов науки рассказывает про законы жизни во всех формах, проявлениях и масштабах. Прочитайте эту книгу, и ваш взгляд на мир изменится.

---

О том, что произошло дальше, воспоминания у всех разные…

По моей версии, мы ринулись в ближайшую палатку (нас набилось туда, как сельдей в бочке) и мигом застегнули молнию (потому что четырехтонные слоны не умеют открывать молнии). Потом просто сидели внутри, дрожали и перешептывались, стараясь прийти в себя.

С биологической точки зрения за эти несколько секунд в моем мозге и теле произошла масса интереснейших событий. Прежде чем мозг даже успел подумать: «Бешеный слон! Беги!» – самый примитивный отдел мозга, миндалевидное тело, уже отправлял сигнал тревоги в гипоталамус. Этот командный центр размером с орешек, расположенный прямо над миндалевидным телом, оперативно отправлял электрические и химические сигналы основным органам. По нервам он приказал надпочечникам выделить норадреналин и эпинефрин, более известный под названием адреналин. Затем эти гормоны, попав в кровоток, быстро достигли других органов, в частности: сердца (оно забилось чаще), легких (дыхательные пути расширились, я стал глубже дышать), скелетных мышц (они сократились сильнее), печени (высвободившей запасы сахара, из которого быстрее всего извлекается энергия), а также клеток гладкой мускулатуры по всему телу; кровеносные сосуды сжались, волоски на коже встали дыбом, а кровь отхлынула от кожи, кишечника и почек. Кроме того, гипоталамус отправил химический сигнал, кортиткотропин-рилизинг-гормон (КРГ) в гипофиз – расположенную по соседству железу. Гипофиз запустил выделение еще одного вещества, аденокортикотропного гормона (АКТГ), которое поступило в другую часть надпочечника и спровоцировало выделение еще одного вещества – кортизола. Кортизол повысил мое кровяное давление и усилил приток крови к мышцам.

Рис. 1.1

Слон! Самец после подъема на речной утес, национальный парк Тарангире

Фотография публикуется с разрешения Патрика Кэрролла

Все эти физиологические изменения входят в состав общей реакции, известной под названием «бей или беги». Эта реакция, описанная в начале прошлого века гарвардским физиологом Уолтером Кенноном (он же предложил и вышеупомянутый термин), провоцируется как страхом, так и яростью, быстро готовит организм к драке или к бегству. Мы выбрали второй вариант.

Пугливые кошки

Кеннон заинтересовался реакцией организма на страх, когда одним из первых принялся исследовать пищеварение. Рентгеновские лучи были открыты, когда Кеннон учился в мединституте. Профессор посоветовал ему воспользоваться этой новой технологией, чтобы рассмотреть механику процесса. В декабре 1896 г. Кеннон и его сокурсник успешно сделали первые снимки того, как собака глотает перламутровую пуговицу. Затем они экспериментировали и над другими животными, в частности над курицей, гусем, лягушкой и кошками.

Одна из проблем при изучении пищеварения заключалась в том, что мягкие ткани ЖКТ плохо отображаются на рентгеновских снимках. Кеннон обнаружил, что если подмешивать в корм животным соли висмута, то их пищеварительный тракт просматривается хорошо, поскольку этот элемент непроницаем для лучей. Кеннон также пробовал работать с барием; на тот момент барий был слишком дорогим для исследовательской работы, но позже был принят на вооружение радиологами (и до сих пор применяется в гастроэнтерологии). В ходе классической серии исследований Кеннону впервые удалось наблюдать (при опытах над живыми здоровыми животными без анестезии, а также над людьми), как пища в ходе перистальтических сокращений движется через пищевод, желудок и кишечник.

Во время экспериментов Кеннон обратил внимание, что если кошка возбуждается, то ее перистальтика неожиданно останавливается. Он пометил в блокноте:

Неск. раз очень четко (то есть абсол. без сомнений) заметил, что, когда кот дышал спокойно, а затем вдруг разозлится и начнет вырываться, движения полностью останавливаются… Примерно через 1/2 минуты возобновляются.

Кеннон повторил эксперимент еще несколько раз. Всякий раз, как только животное успокаивалось, движения возобновлялись. Теперь студент-второкурсник с медицинского факультета мог записать на свой счет еще одно открытие. Во второй классической статье, которую он выпустил в начале своей карьеры, Кеннон писал: «…Давно известно, что сильные эмоции сказываются на пищеварительном процессе, однако удивительно, что моторная активность желудка отличается такой крайней чувствительностью к нервному состоянию».

Страсть к экспериментам заставила Кеннона отказаться от карьеры практикующего врача. Его талант, дисциплина и профессиональная этика настолько впечатлили сотрудников элитного гарвардского факультета физиологии, что по окончании учебы Кеннона взяли на должность преподавателя.

Нервный желудок

В своей лаборатории Кеннон пытался выяснить, как эмоции влияют на пищеварение. Он обнаружил, что при стрессе пищеварение также останавливается у кроликов, собак и морских свинок, а судя по медицинской литературе, и у людей. Связь между эмоциями и пищеварением указывала, что нервная система каким-то образом непосредственно контролирует пищеварительную.

Кеннон знал, что все внешние признаки стресса – бледность, вызванная сужением кровеносных сосудов, холодный пот, сухость во рту, расширение зрачков, «мурашки по коже» – возникают в тканях, которые связаны с гладкой мускулатурой и возбуждаются так называемой симпатической нервной системой. Симпатическая система состоит из серий нейронов, берущих начало в грудопоясничном отделе позвоночника и идущих к скоплениям нервных клеток (так называемым ганглиям). Из ганглиев растет вторая серия нейронов (обычно гораздо более длинных), возбуждающих конкретные органы. Большинство органов и желез организма, в том числе кожа, артерии, артериоли, радужка, сердце и пищеварительные органы, получают симпатический сигнал. Те же органы получают сигнал от нейронов, начинающихся в черепной или крестцовой части позвоночника (рис. 1.2).

Рис. 1.2

Симпатическая нервная система. Отдел вегетативной нервной системы, соединяющий различные железы и гладкую мускулатуру, поддерживающий гомеостаз и опосредующий реакцию «бей или беги». Нервы, исходящие из черепного и крестцового отдела, обычно действуют в противовес тем, что исходят из грудопоясничного отдела (проследите, например, как возбуждается тонкий кишечник)

Рисунок из работы The Wisdom of the Body by Walter B. Cannon (1963), адаптирован Лиэнн Олдз

Чтобы определить, почему работа желудка и кишечника останавливается при стрессе, Кеннон и его студенты провели ряд простых, но фундаментальных исследований. В частности, они удаляли нервы, ведущие к пищеварительным органам. Кеннон обнаружил, что если удалить блуждающий нерв, начинающийся в черепе, но оставить внутренностный нерв (относящийся к симпатической системе), то угнетение перистальтики по-прежнему достигалось при испуге. Напротив, когда внутренностные нервы были удалены, а блуждающий нерв оставался нетронутым, реакция на страх отсутствовала. Исследования показали, что угнетение перистальтики под действием эмоций вызывается симпатическими внутренностными нервами.

Кеннон заметил, что торможение пищеварительного процесса зачастую подолгу продолжалось и после того, как устранялась причина этой реакции. Поэтому он предположил, что помимо непосредственных нервных импульсов может существовать и второй механизм, продлевающий возбужденное состояние. Сообщалось, что внутривенная инъекция адреналина – вещества, содержащегося в центральной части надпочечников, – дает некоторые эффекты, также возникающие при стимуляции симпатической нервной системы. Кеннон заинтересовался, не участвуют ли надпочечники в реакции организма на страх и гнев.

Чтобы проверить эту гипотезу, Кеннон «воспользовался естественной враждой» между кошками и собаками. Вместе с молодым врачом Даниэлем де ла Па он сравнил пробы крови, взятые у кошек до и после того, как те сталкивались с лающей собакой. Оказалось, что в крови испуганных кошек содержится особая субстанция: если нанести ее на небольшой участок кишечной мускулатуры, этот участок перестает сокращаться. Именно такой эффект наблюдался и при смазывании мышц адреналином.

Эпинефрин оказался одним из компонентов «адреналина», образующегося в надпочечниках. Кеннон с коллегами также обнаружили, что эпинефрин ускоряет сердцебиение, активизирует высвобождение сахара из печени и даже свертывание крови. Такие же эффекты вызывают боль, страх или гнев. Ни один из них не возникал, если надпочечники были удалены либо если были иссечены нервы, ведущие к надпочечникам. Итак, симпатическая нервная система и надпочечники действуют в связке и корректируют работу других органов в условиях стресса.

Кеннон предположил, что реакция, провоцируемая эпинефрином, отражает сигнальную функцию надпочечников перед срабатыванием рефлекса «бей или беги» либо в ответ на боль. Будучи убежденным сторонником дарвиновской теории естественного отбора, Кеннон интерпретировал работу адреналиновой системы именно в таком ракурсе: