Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Когда Майкл Левин только начал разбирать эмбрионы лягушек, он намеревался выяснить, что происходит с живыми клетками, когда они освобождаются от влияния электрических сигналов, посылаемых биоэлектрическим окружением. Как мы обсуждали в седьмой главе, он и некоторые другие ученые предположили, что эти сигналы играют ключевую роль в инструктировании клеток по поводу их будущей формы и локализации и что эти инструкции определяют нормальное формирование человека в материнской матке в процессе кооперации триллионов клеток.

Но как проверить это предположение? “«Ксеноботы» предоставляли возможность рассмотреть такую ситуацию: вот есть группа клеток – как они определят, что им строить, если не давать им никаких инструкций? – рассказывал Левин. – Задача заключалась не в том, чтобы построить роботов из клеток лягушки или, вообще говоря, из любых клеток. Нам нужно было понять, как группа компетентных элементов совместными усилиями движется к намеченной цели”. Это имело очевидное отношение к регенеративной медицине: как клетки объединяются друг с другом и решают строить нечто более крупное, такое как орган или, вообще говоря, все тело? Это также позволяло понять, как и в каких условиях клетки выбирают стратегию “каждый за себя” и превращаются в раковые клетки.

“Вся работа моей лаборатории сконцентрирована на попытках понять, как из множества образуется единство, – комментировал Левин. – Как многие мелкие компетентные элементы объединяют усилия, чтобы создать единую когнитивную систему, имеющую четкую цель?” Если мы это поймем, тогда построение органов, перепрограммирование опухолей, устранение врожденных дефектов и обращение процесса старения станут лишь вопросом программирования. “Все сводится к тому, чтобы убедить клетки сделать что-то другое, а не то, что они делают в настоящий момент”.

Левин решил узнать, что будут делать клетки, не получая сигналов. Он и его коллеги извлекли из эмбриона лягушки несколько тысяч клеток, поместили их в совсем другую, нейтральную среду и стали ждать и наблюдать, как клетки распорядятся обретенной независимостью. У них было много возможностей. Они могли просто умереть. Могли направиться каждая своей дорогой. Могли сформировать единый слой “кожи”, как на плоской пластинке в клеточной культуре.

Но вышло иначе.

Вместо этого несколько тысяч клеток объединились и создали нечто новое. Каким-то образом они договорились между собой объединиться в новые структуры в форме отдельных маленьких шариков. На каждом шарике появились реснички, что само по себе не было неожиданностью. Такие крохотные волоски вырастают на внешней поверхности нормально развивающегося эмбриона, чтобы удалять с тела слизь и содержать его в чистоте. Неожиданным было то, как эти реснички стали использоваться. “Клетки придали новое назначение генетически запрограммированным структурам”, – рассказывал Левин. Они использовали реснички не для того, чтобы удалять слизь, а для передвижения, хотя у них не было никакой нервной системы, создающей намерение или заставляющей действовать преднамеренно. И все же, пользуясь своими новыми приспособлениями, они начали перемещаться. “У нас есть забавные видеозаписи движущихся маленьких комочков. Иногда они формировали небольшие группы, выстраиваясь в разной конфигурации, они даже проходили у нас через лабиринт”.

И хотя это были лишь комочки клеток без мозга или нервной системы, по-видимому, они имели некие предпочтения. Когда Левин разрезал их примерно пополам, они регенерировали, причем казалось, что они предпочитают восстанавливать сферическую форму, которую уже однажды приняли. Конечно, если вообще можно сказать, что шарик из двух тысяч лягушачьих клеток имеет какие-то предпочтения. Но “ксеноботы” их имели. “Это не роботы в нашем традиционном понимании и не какой-то известный вид животного. Это новый класс артефактов: живые программируемые организмы”, – прокомментировал робототехник из группы Левина Джошуа Бонгард.

На этом этапе строго запрограммированными параметрами были лишь форма и продолжительность жизни этих существ. У “ксеноботов” нет пищеварительной системы, но клетки внутри них содержат крохотные желточные мешки с фиксированным количеством “топлива”. Когда топливо кончается, они умирают. По-видимому, это главное преимущество использования живых систем в качестве роботов: живые системы умирают, что позволяет избежать катастрофического сценария, при котором “ксеноботы” завоюют мир, как в фильмах про восстание машин.