Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Но такой подход ограничивает наше понимание жизни. Одна из причин, по которым так сложно выявить механизмы биоэлектричества (а также, безусловно, одна из причин, почему биоэлектричество ассоциируется с жульничеством), заключается в том, что инструменты для наблюдения за такими тонкими и эфемерными процессами стали появляться лишь несколько десятилетий назад.

До этого времени… Да даже теперь наблюдение за живыми клетками – скорее исключение, чем правило. Большинство научных открытий касательно нашей биологии были сделаны в результате анализа мертвых тканей. В большинстве биологических исследований, проводимых по принципу “сначала стреляй, потом задавай вопросы”, в первую очередь клетки убивают, а потом начинают выискивать в образовавшейся мешанине какие-то важные факторы. Это отличный путь для классификации отдельных элементов клетки, но в мертвых клетках нет никаких электрических сигналов, и поэтому совершенно невозможно узнать что-либо об электрических процессах в живых клетках и тканях. А это, в свою очередь, сильно затрудняет понимание того, как электричество влияет на другие параметры. Как пишет Пол Дейвис, изучать клетки таким образом – все равно что пытаться “понять, как работает компьютер, только путем изучения его внутренней электроники”, без учета того, как эти компоненты обрабатывают информацию[461]

. Гальвани и Альдини повезло, поскольку некоторые биоэлектрические процессы можно изучать даже через день или два после смерти, но чрезвычайно трудно наблюдать электрические токи и изменение напряжения в живых организмах в реальном времени.

И именно поэтому я уверена в том, что сейчас мы живем в эпоху биоэлектричества. Поскольку сейчас происходит прогресс в развитии инструментов, позволяющих анализировать живые клетки, просто невероятно ускорился. Взять хотя бы потенциал-зависимый краситель, использованный Дэни Адамс, который появился только в начале 2000-х годов. Сегодня многие лаборатории используют различные варианты этого метода (который делает биоэлектрические параметры видимыми невооруженным глазом), и накапливаются новые данные. В 2019 году Адам Коэн из Гарварда пытался использовать флуоресцентный краситель, чтобы ответить на мучивший его вопрос о том, как клетки и ткани осуществляют переход от нулевого потенциала стволовых клеток к окончательной электрической идентичности. Коэну было интересно, происходит ли при развитии эмбриона плавный и постепенный рост потенциала от 0 до 70 милливольт с последовательным прохождением через все промежуточные значения, или имеет место резкий скачок сразу от 0 до 70 милливольт.

Выяснилось, что события развиваются по второму сценарию, и, следовательно, ткани приобретают идентичность таким же образом: стволовые клетки скачком превращаются в клетки кости, не останавливаясь на каких-то промежуточных стадиях. Все клетки, соединенные между собой щелевыми контактами, переходят из нулевого состояния стволовых клеток в окончательное состояние таким же образом, как вода превращается в кристаллы льда[462]

.

Сейчас стадию разработки проходят несколько новых устройств, которые позволят нам взглянуть на живые системы с учетом всех сложных электрических аспектов, не прозябая “в пылу редукционизма”, как пишет в своей книге Пол Дейвис[463].

Благодаря такому подходу мы сможем создать цельное представление о нашем электроме. Давая определение этому термину в 2016 году, голландский биолог Арнольд де Люф описал электром как “общность всех ионных токов любого живого существа – от уровня клеток до уровня организмов”. Нам нужно построить карту всех ионных каналов и щелевых контактов и представить себе, как изменение клеточного потенциала может влиять на клетки и ткани. Нам нужен атлас висцеральных нервов, чтобы понять, как нервная система контролирует функционирование органов. Многие из этих аспектов я описала в книге, но еще для огромного количества тем просто не хватило места. Биофизик Алексис Пьетак работает над созданием устройства, которое поможет вскрыть сложные аспекты влияния мембранного потенциала клеток на их идентичность: эта программа под названием BETSE (биоэлектрический тканевый симулятор) позволит таким исследователям, как Майкл Левин, создавать модель распространения биоэлектрических сигналов в виртуальных тканях[464]. Хотелось бы, чтобы все эти устройства и информация, которую они позволяют получать, возвестили будущее, в котором интерфейсы смогут контактировать с биологическими тканями по их же правилам и, возможно, улучшать их.