Мозг поумнел от электрического контакта

Альфред Хичкок однажды заметил: «Фильм — это жизнь, с которой вывели пятна скуки». Похоже, природа действовала схожим образом, когда лепила из примитивных нервных цепей сложнейший человеческий разум. Долгое время считалось, что интеллект зависит от количества серого вещества и размеров черепной коробки. Но свежее исследование британских нейробиологов переворачивает эту картину: ключ к пониманию мыслительных способностей скрыт не в числе нейронов, а в качестве системы передачи данных между ними.

Учёные изучили одноклеточных, мух, мышей и, конечно, добровольцев вида Homo sapiens, чтобы проследить эволюцию синапсов — биохимических комплексов, которые обеспечивают контакт между аксоном и дендритом и отвечают за обмен импульсами. Результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, показали: именно усложнение этих контактов, а не простое наращивание их количества, способствовало возникновению продвинутых моделей поведения у млекопитающих и в итоге привело к появлению человека.

Белковый апгрейд: от дрожжей до человека

Профессор Сет Грант, руководитель программы Genes to Cognition, подчёркивает: «Мы всегда упрощённо думали, что чем больше нейронов, тем круче мозг, но наша последняя работа это опровергает. Никто до сих пор не обращал внимания на молекулярный состав нейронных контактов». И действительно, исследование выявило поразительные различия в числе и сложности белков, управляющих передачей сигналов.

У млекопитающих в синапсах обнаружили около 600 различных типов белков, у беспозвоночных — примерно 300, а у дрожжевых бактерий, у которых мозга нет вовсе, — около 150. Эти контакты помогают одноклеточным интерпретировать внешние сигналы, например изменение температуры. По мнению Гранта, перед нами — потомки древнего «протосинапса», который обеспечивал формирование первых моделей поведения. Так впервые возникла способность реагировать на окружающую действительность и вырабатывать стратегию. В дальнейшем число возможных комбинаций ответных реакций росло: сначала у беспозвоночных, потом у позвоночных, а венцом творения, естественно, стал человек. Возможно, развитие синаптических связей в итоге и привело к появлению логики.

Гены, лабиринты и путь к сознанию

Уже на первом этапе работы учёным впервые удалось выделить нейронные белки из мозга мух, что позволило сравнить механизмы передачи данных у беспозвоночных с известными данными по животным. Дальнейшее изучение поведенческих моделей и наследственных мутаций подтвердило первоначальные оценки: эволюция «передаточных» протеинов связана с усложнением сознания — вплоть до возникновения высшей нервной деятельности.

Например, один из локализованных генов — SAP102 — «позволял» подопытным мышам правильно ориентироваться в лабиринте. При его блокировании перестают вырабатываться белки определённых типов, необходимые для прохождения нервных импульсов, и мышки просто не могут найти дорогу. У человека мутации этого гена приводят к умственной неполноценности. Так исследователям удалось связать несколько выделенных ранее генов с когнитивными способностями животных и людей — а это по-настоящему серьёзное достижение.

Авторы работы считают, что именно усложнение протеинов стало причиной выделения специализированных отделов в головном мозге, что сформировало предпосылки для возникновения высшей нервной деятельности. Доктор Грант даже заявил: «Вскоре мы сможем построить простую модель возникновения сознания и поведения, общую для всех существующих видов». По его мнению, мы находимся «в одном шаге» от ответа на поистине философский вопрос: что есть мысль и что есть человеческая логика.

Доктор Ричард Эмес из университета Киля добавляет: «Это потрясающе, как природа методом проб и ошибок соединила соответствующие белки в примитивную сенсорную систему сначала у простейших, а потом мы дошли до более сложных синаптических связей у млекопитающих, которые позволяют не только реагировать на окружающий мир, но и анализировать его».

Эволюция как рост вычислительной мощности

Схема развития сознания, если опираться на результаты исследования, выглядит так: рост сложности молекулярных комплексов — появление «больших» синапсов — увеличение объёма мозга. Учёные сравнивают эволюцию синапса с постоянным ростом вычислительной мощности процессоров. И тут возникает интригующий вопрос: появятся ли когда-нибудь живые существа, которые будут умнее человека, или человек — это действительно «венец творенья»?

Кстати, идея о том, что сложные системы могут возникать из простых компонентов благодаря постепенным изменениям, перекликается с другими загадками происхождения жизни. Мы уже писали о том, что жизнь на Землю занесли метеориты с Марса — и это не фантастика. Там природа тоже, похоже, методом проб и ошибок собирала первые живые организмы из «кирпичиков», доставленных из космоса. В обоих случаях перед нами — удивительная способность эволюции создавать сложнейшие структуры из относительно простых начальных условий.