Наш мозг способен на невероятные вещи, но ему мешает сознание

Одно из объяснений основано на теории "легкого мазохизма", которая предполагает стремление людей к болевым ощущениям при условии постоянного осознания того, что эта боль не является сигналом серьезного вреда. Животные к этому неспособны.

Острый перец чили может вызывать приятные ощущения... в конечном итоге

Одним из примеров является перец чили. Его активный ингредиент капсаицин совершенно безвреден. Он вызывает болевые ощущения из-за того, что связывается с рецептором TRPV1, входящим в семейство чувствительных к температуре рецепторов, расположенных у нас на языке, которые предупреждают организм о потенциально опасном жаре или холоде. При активировании TRPV1 в мозг поступают такие же сигналы, как если бы язык попал в огонь.

Наслаждение от боли способен испытывать только человек

Большинство маленьких детей отказываются есть чили, но, попробовав его несколько раз, учатся получать удовольствие от жгучего перца, поскольку он перестает ассоциироваться у них с реальным физическим вредом. При этом язык у любителя острого перца так же чувствителен к капсаицину, как и у любого другого человека.

Наслаждение от боли способен испытывать только человек. Попытки ученых привить любовь к чили крысам успехом не увенчались.

Животных можно приучить причинять себе вред, но только за счет "позитивного подкрепления", когда боль начинает ассоциироваться у них с вознаграждением. "Обычно если животное получает негативный опыт, в дальнейшем оно стремится его избегать", – поясняет Пол Розин, сотрудник Пенсильванского университета (США).

Профессионалы секс-индустрии отличают полезную боль от вредной

Для тех, кто увлекается БДСМ, в понятии "легкого мазохизма" нет ничего удивительного.

Госпожа Александра, профессиональная садистка из Лондона, рассказывает: "Мы отличаем полезную боль от вредной. Вредная боль подсказывает нам: что-то пошло не так, и мы сразу обращаем на это внимание. Но есть и полезная боль, которая доставляет удовольствие. К примеру, если во время бондажа начинает потягивать плечо, это может быть небезопасно, и мы ослабляем узлы".

Считается, что эта теория также объясняет, почему люди стремятся к заведомо неприятным переживаниям, таким как леденящее душу катание на "американских горках" и просмотр грустных фильмов, и находят в этом удовольствие. "Если бы животное прокатилось на "американских горках", оно бы испугалось и больше никогда не стало бы на них забираться", – утверждает Розин.

Тайны парацетомола

Взаимосвязь между сексом и болью не ограничивается миром БДСМ. Было проведено исследование, в рамках которого ученые с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии изучали мозг женщин, в то время как те приводили себя в состояние оргазма.

Здравый смысл подсказывает: людям свойственно искать наслаждений и избегать боли, но это не так

По итогам этого эксперимента удалось установить, что в момент оргазма были активны 30 участков головного мозга, в том числе те, которые отвечают за болевые ощущения. В рамках другого исследования ученые выяснили, что онкобольные, которым для облегчения хронических болей в животе удалили нервы спинного мозга, потеряли способность испытывать оргазм. В то же время при возобновлении болей эта способность восстанавливалась.

Барри Комисарук, сотрудник Ратгерского университета и автор томографического исследования женского мозга, полагает, что между метаболическими путями боли и оргазма существует глубинная связь. "Также было замечено, что мимика во время оргазма зачастую неотличима от гримас боли", – рассказывает ученый.

Схожие выводы были сделаны при изучении воздействия парацетамола на эмоциональное состояние: оказалось, что этот анальгетик не только облегчает эмоциональные страдания, но и притупляет наслаждение.

В рамках данного исследования студентам давали парацетамол или плацебо и предлагали оценить интенсивность ощущений при просмотре ряда провокационных фотографий.

Под действием препарата положительные и отрицательные эмоции ослабевали в равной степени – это свидетельствует о том, что парацетамол функционирует на уровне общих биологических каналов.

Приходится констатировать, что боль и наслаждение у человека всегда тесно переплетены.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно прочитать на сайте BBC Future.

Миграция клеток: живет ли внутри вас другая личность?

15 октября 2015

Возможно, вы полагаете, что ваши тело и разум принадлежат лишь вам. На самом же деле вы представляете собой сплав множества организмов - возможно, включая и другую личность, утверждает корреспондент BBC Future.

Когда-то давно для происхождения человека имелось очень простое описание: мужчина и женщина познакомились, весело провели время, и затем - относительно быстро - крошечная оплодотворенная яйцеклетка превратилась в орущего новорожденного ребенка.

Все было предельно ясно: человек наполовину представлял собою отца, наполовину мать, но на 100% принадлежал самому себе.

Однако эта простая история за последние десятилетия весьма усложнилась. Как выяснилось, помимо генов, переданных нам родителями, мы являемся домом для обширного набора вирусов, бактерий и даже, не исключено, других личностей.

(Другие статьи сайта BBC Future на русском языке)

Более того, если у вас есть близнец, в вашем организме (включая мозг) наверняка присутствуют его частицы. И не просто присутствуют, а, возможно, способны влиять на ваше поведение.

Чудовище по имени токсоплазма

"Люди - не отдельные личности, а суперорганизмы, - утверждает Питер Крамер из Падуанского университета. - Огромное количество разнообразных организмов постоянно сражается за власть над нашим телом".

В соавторстве с Паолой Брессан доктор Крамер недавно опубликовал в научном журнале Perspectives in Psychological Science статью, которая призывает психологов и психиатров принимать во внимание возможное влияние этого фактора на человеческое поведение.

Токсоплазма лишает крысу страха перед кошкой, а попадая в организм человека, может вызвать развитие шизофрении

Для кого-то это станет тревожной новостью, но ученым уже давно известно, что человеческое тело представляет собой мешанину из различных организмов.

Кишечные микробы способны вырабатывать нейромедиаторы, изменяющие наше настроение; некоторые исследователи даже предполагают, что микробы могут влиять на аппетит человека, заставляя нас потреблять наиболее предпочтительную для них пищу.

А заражение паразитом под названием токсоплазма (Toxoplasma gondii) в некоторых случаях может попросту убить. Заражая крысу или мышь, этот микроб изменяет сознание носителя таким образом, что тот перестает бояться кошек и даже тянется к местам их обитания - для размножения токсоплазме непременно требуется попасть в кошачий организм.

Однако токсоплазма точно так же может инфицировать и человека, в результате получив контроль над человеческим поведением: некоторые из зараженных становятся склонными к неоправданным рискам, в то время как у других повышается вероятность развития шизофрении или суицидальной депрессии.

Между тем, несмотря на потенциально опасные последствия заражения для человека, около трети всего продаваемого в Британии мяса инфицирована данным паразитом. "Необходимо положить этому конец", - говорит Крамер.

Близнецы ближе друг к другу, чем может показаться

Таким образом, становится понятным, что мы вовсе не обязательно целиком и полностью отвечаем за собственное поведение.

Одного этого достаточно, чтобы заставить человека усомниться в привычном восприятии собственной идентичности, но от мысли о том, что наш мозг населен не только крохотными микробами, но и другими человеческими существами, становится действительно не по себе.

Наиболее наглядной иллюстрацией этому служат сиамские близнецы, у которых на два тела имеется один общий мозг, говорит Крамер. Однако даже у обычных, не сросшихся близнецов могут быть общие органы, о которых они даже не подозревают.

Клетки близняшек или тройняшек способны мигрировать от одного эмбриона к другому

В период раннего эмбрионального развития клетки близняшек или тройняшек способны мигрировать от одного эмбриона к другому.

Раньше ученые полагали, что это происходит очень редко, но оказалось, что такой сценарий весьма распространен. Так, примерно у8% неидентичных двойняшек и у 21% неидентичных тройняшекне одна, а две группы крови: кровь одной группы производят их собственные клетки, а кровь другой - клетки, мигрировавшие от близнецов.

Иными словами, они - "химерные", или гибридные, организмы. Причем дело не ограничивается кровью - подобная ситуация наблюдается и с клетками различных органов, включая мозг.

Подобная гибридность в отношении мозга может иметь весьма серьезные последствия.

Например, известно, что взаимное расположение различных отделов головного мозга является очень важным для его нормального функционирования.

Вам может казаться, что вы - единое целое, в то время как вас с рождения было двое

Присутствие же в мозге инородной ткани, за развитие которой отвечают чужие гены, способно нарушить его архитектура.

Этим можно объяснить, например, тот факт, что близнецы очень часто являются левшами - считается, что распределение моторных функций между правой и левой стороной тела зависит как раз от организации правого и левого полушарий головного мозга. Возможно, именно гибридность нарушает данный баланс.

Даже если у вас никогда не было прижизненного близнеца, не исключено, что в вашем организме все равно находятся клетки другого человеческого существа.

Случается так, что два эмбриона сливаются в единое целое на этапе раннего развития. В результате клетки одного эмбриона попадают в ткани другого и, на первый взгляд, развиваются без отклонений. Тем не менее, они несут в себе генетическую информацию другого человека.

"Вам может казаться, что вы - единое целое, в то время как в вашем организме присутствуют инородные клетки - соответственно, вас с рождения было двое", - говорит Крамер.

Был даже случай, когда генетическое исследование установило, что женщина не является биологической матерью двоих своих детей.

Организация двух полушарий мозга определяет моторные функции правой и левой частей тела

Случается и обратное - клетки более старшего ребенка остаются в теле матери и после зачатия младшего перебираются в эмбрион.

Каким бы образом это ни происходило, вполне возможно, что клетки другого человека могут заставить мозг развиваться совершенно неожиданным образом, говорит Ли Нельсон из Вашингтонского университета. Она изучает возможность попадания клеток матери в мозг ребенка.

"В зависимости от количества и типа клеток, а также от того, в какой период роста эмбриона происходит их миграция, возможны различные сценарии отклонения мозга ребенка от нормального развития", - говорит Нельсон.

Как обнаружилось, даже взрослые люди не застрахованы от проникновения в их организм клеток других людей.

Мужчина - в женщине

Несколько лет назад Нельсон и Уильям Чен из канадского Альбертского университета расшифровали геномы, взятые из срезов головного мозга женщин. Они искали признаки наличия Y-хромосомы, определяющей мужской пол.

Примерно в 63% изученных образцов исследователи нашли мужские клетки. "Мы не просто обнаружили мужскую ДНК в мозговом веществе женщин - она присутствовала в нескольких отделах мозга сразу", - говорит Чен.

Организм женщины нередко бывает нашпигован мужскими клетками

Иными словами, мозг женщин был нашпигован мужскими клетками. По мнению ученых, стволовые клетки ребенка мужского пола каким-то образом преодолевают барьер плаценты и внедряются в мозг матери.

Интересно, что, по некоторым данным, наличие мужских клеток в головном мозге женщин уменьшает вероятность развития у последних болезни Альцгеймера - хотя почему именно это происходит, остается загадкой.

Некоторые исследователи даже начинают задаваться вопросом, не влияют ли клетки ребенка на настроение матери в ходе беременности.

Наше знание о человеческом "сверхорганизме" все еще очень фрагментарно, и многие последствия такого симбиоза сейчас обсуждаются лишь в виде теоретических выкладок.

Мы не в состоянии до конца понять человеческое поведение, рассматривая человека лишь как одного индивида

Цель статьи Крамера и Брессан состояла не в том, чтобы дать четкие ответы на имеющиеся вопросы, а в том, чтобы просветить других психологов и психиатров относительно существования множества организмов, делающих нас теми, кем мы являемся.

"Мы не в состоянии до конца понять человеческое поведение, рассматривая человека лишь как одного индивида, - отмечает Крамер. - Необходимо рассматривать его как совокупность организмов, чтобы понять, почему мы ведем себя тем или иным образом".

Например, ученые часто прибегают к изучению близнецов, чтобы приблизиться к пониманию человеческого поведения.

Однако тот факт, что даже неидентичные близнецы могли на этапе раннего развития обмениваться фрагментами мозговой ткани, ставит под сомнение чистоту подобных экспериментов.

Необходимо с осторожностью применять результаты исследований близнецов для изучения таких заболеваний, как шизофрения, одной из причин возникновения которых может стать неправильное развитие архитектуры мозга, предупреждают Брессан и Крамер.

Клетки других людей в нашем организме делают нас теми, кто мы есть

Впрочем, не стоит переживать по поводу инородных организмов в нашем собственном. В конце концов, именно они делают нас теми, кто мы есть.

"Хорошо это или плохо, нам придется делить тело с этими "иммигрантами", - говорит Нельсон. - И я думаю, что плюсы такого сожительства перевешивают минусы".

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайтеBBC Future.

Публикации: Научно-популярные статьи

Нобелевская премия по химии — 2015

Ключевые слова: ДНК, Нобелевская премия, химия

Автор(ы): Дмитрий Жарков

Опубликовал(а): Палии Наталия Алексеевна

11 октября 2015

inShare
Лауреаты Нобелевской премии по химии 2015 года: Томас Линдаль (Tomas Lindahl), Пол Модрич (Paul Modrich) и Азиз Санджар (Aziz Sancar). Фото © Cancer Research UK / K. Wolf / M. Englund

7 октября были объявлены лауреаты Нобелевской премии по химии 2015 года. Ими стали британец шведского происхождения Томас Линдаль (Tomas Lindahl), американец Пол Модрич (Paul L. Modrich) и американец турецкого происхождения Азиз Санджар (Aziz Sancar). Нобелевский комитет отметил вклад этих ученых в исследование механизмов восстановления (репарации) ДНК — важной внутриклеточной системы, нацеленной на поиск и исправление многочисленных повреждений, возникающих при нормальной репликации ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Нарушение работы этой системы связано с целым рядом тяжелых наследственных болезней, да и вообще, без нее сложные формы жизни вряд ли бы могли существовать.

Как всё начиналось

Когда закончилась Вторая мировая война, люди разных профессий по-разному подводили ее итоги. Политики перекраивали карту мира, генералы — перестраивали тактику и стратегию с новыми видами оружия... Были свои итоги и у врачей. Война показала волшебную силу лекарств нового типа — антибиотиков, которые, начиная с 1944 года, спасли жизнь десяткам тысяч раненых.

Поэтому вскоре после окончания войны молодой микробиолог Альберт Кельнер, работавший в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, тогда еще не ставшей Меккой молекулярной биологии, занялся модной в то время темой, сулящей при удаче большой коммерческий успех, — поиском мутантных форм бактерий и микроскопических грибков, которые могли бы производить новые антибиотики или хотя бы большие количества уже известных антибиотиков. Кельнер решил облучать культурыстрептомицетовультрафиолетовым светом, мутагенные свойства которого были известны уже тогда. Но дела не заладились с самого начала: эксперименты плохо воспроизводились. Одни облученные культуры росли хорошо, другие плохо, и закономерности в этом не наблюдалось никакой.

Если бы Альберт Кельнер был не таким аккуратным ученым и не записывал все детали своих экспериментов, возможно, он забросил бы свой проект, и Нобелевская премия по химии 2015 года была бы вручена за совершенно другие работы. Однако, тщательно проанализировав всё, что могло пойти не так, Кельнер сделал верный вывод. После облучения он растил культуры бактерий в стеклянных колбах, погруженных в стеклянную же водяную баню. В тех колбах, которые были обращены в сторону окна, бактерии выживали после ультрафиолета лучше, а в тех, которые были затенены, — хуже.

Кельнер догадался, что солнечный свет каким-то образом запускает в бактериях процесс, который помогает им исправить повреждения, нанесенные ультрафиолетом. Это явление вскоре назвалифотореактивацией, и она стала первым известным биологам видомрепарации ДНК. Один из нынешних лауреатов, Азиз Санджар, в свои аспирантские годы поставил очень эффектный эксперимент, показывающий всю мощь системы фотореактивации: он облучал бактерии на чашках Петри ультрафиолетом в смертельной дозе, так, что выживало менее одной клетки из 10 миллионов, а потом светил на них фотовспышкой. Света продолжительностью 1 миллисекунду хватало, чтобы число выживших бактерий увеличилось в сто тысяч раз!

Увы, до наших дней Альберт Кельнер не дожил и даже не получил заслуженной известности — в наше время достаточно сказать, что статьи о нем нет в Википедии. Независимо от Кельнера и буквально на несколько недель позже фотореактивацию обнаружил Ренатто Дульбекко — знаменитый итальянско-американский вирусолог, который позже получил Нобелевскую премию, но не за открытие репарации, а за работы с онковирусами. Интересно, что Кельнер написал Дульбекко о своем открытии, но тот получил письмо как раз тогда, когда заканчивал опыты по выживанию облученных ультрафиолетом бактериофагов — с теми же результатами и выводами, что и у Кельнера.

Именно поэтому формулировка нынешней премии — «за исследование механизмов репарации ДНК», а не «за открытие репарации ДНК». Первооткрывателей в живых не осталось, да и вообще в этой области не было фигур, про которых можно было бы сказать, что они ее заложили. Лауреаты 2015 года внесли огромный вклад в изучение репарации ДНК, но наряду с ними работали и другие, не менее великие ученые. Среди исследователей, занимающихся репарацией ДНК, даже бытовало мнение, что Нобелевской премии за нее не дадут — настолько трудно выбрать лауреатов среди многих достойных.

Но прежде чем говорить об исследованиях Томаса Линдаля, Пола Модрича и Азиза Санджара, стоит сказать несколько слов о репарации ДНК в целом. На самом деле, это даже не один механизм, а как минимум шесть разных — а в зависимости от того, что принимать за репарацию, можно насчитать и восемь.

Курить вредно, дышать вредно, жить вредно

Говорят, что каждая минута приближает нас к смерти. С точки зрения биохимика это не просто тривиальная фраза. ДНК всех живых организмов постоянно подвергается воздействию повреждающих факторов. Какие-то из них приходят извне — тот же ультрафиолет, радиация, тысячи химически активных веществ в нашей пище (знаете ли вы, что чашка кофе содержит несколько сотен соединений, которые в больших дозах мутагенны?).

Но гораздо важнее факторы внутренние, которых мы не можем избежать в принципе. Главных таких факторов три. Во-первых, весь наш обмен веществ основан на кислородном дыхании. Митохондрии — клеточные органеллы, в которых кислород используется для производства АТФ, «энергетической валюты» наших клеток, — работают не с абсолютной эффективностью, и промежуточные активные формы кислорода утекают из них и способны повреждать ДНК. Во-вторых, как известно, мы в среднем на 60% состоим из воды, которая, в общем, тоже очень активное соединение и постоянно гидролизует ДНК. Наконец, еще одним важным источником повреждений в ДНК служат ошибки ферментов, которые ее копируют, — ДНК-полимераз; количество неверно включенных нуклеотидов составляет около 300 000 на каждое клеточное деление.

Наглядно представить себе масштаб проблемы позволяет несложный пересчет. Если вообразить ДНК одной человеческой клетки в виде Транссибирской магистрали и свести вместе оценочные величины для всех известных видов повреждений, то получится, что количество повреждений, возникающих каждый день в ДНК каждой клетки человека, соответствует одной поломке на каждые 100 метров Транссиба. Не каждый организм был бы способен выжить при такой нагрузке.

В том, что мы до сих пор живы, заслуга репарации ДНК. Как уже говорилось, насчитывается шесть основных ее механизмов, и к четырем из них нынешние лауреаты имеют непосредственное отношение.

Репарация. Самый простой способ

Вернемся для начала к фотореактивации. Это один из частных примеров механизмареактивации, илипрямого восстановления, при котором поврежденное звено ДНК превращается в нормальное без каких-то промежуточных шагов. В случае фотореактивации происходит вот что. Под влиянием ультрафиолетового света соседние основания тимина в ДНК могут сшиваться друг с другом и образовывать так называемыециклобутановые пиримидиновые димеры, которые очень сильно искажают структуру ДНК и не дают возможности ДНК-полимеразам копировать поврежденный участок. Бактерии же содержат ферментфотолиазу, который использует энергию видимого света для того, чтобы расщепить связи между основаниями в димере, превращая его опять в два тимина (рис. 1).

С исследования фотолиазы началась карьера Азиза Санджара. Нет, он не открыл ее — это сделал еще в конце 1950-х годов Стэн Руперт (Claud S. (Stan) Rupert), в лабораторию которого спустя полтора десятка лет приехал молодой выпускник Стамбульского университета. Санджар впервые клонировал фотолиазу, то есть выделил кодирующий ее ген, а потом произвел генно-инженерный белок. Природной фотолиазы в бактериях очень мало, и работа эта стала переломной для исследования фотореактивации — теперь можно было производить белок в больших количествах и изучать его всесторонне, чем Санджар активно и долго занимался. Химики часто протестуют, когда премии в области химии дают биологам. Но надо сказать, что фотолиаза представляет собой прекрасный пример сложной химической системы, осуществляющей фотокатализ: путь энергии, принесенной фотоном, поглощенным 5,10-метенилтетрагидроптероилполиглутаматом —хромофором в составе белка — через второй хромофор (флавинадениндинуклеотид) к циклобутановому пиримидиновому димеру сейчас прослежен вплоть до квантовомеханического описания.

Вырезать и заменить

Достаточно ли этого для получения Нобелевской премии? Кто знает. Но Азиз Санджар не ограничился фотолиазой и занялся еще и другим малопонятным на тот момент явлением, которое тогда называли «темновой репарацией». На самом деле бактерии, облученные ультрафиолетом, способны исправлять внесенные повреждения не только на свету — просто для этого нужно гораздо больше времени. Фотолиаза тут почти ни при чем («почти» — потому что, как выяснилось гораздо позже, она помогает темновой репарации, но без нее вполне можно обойтись), работают другие ферменты.

К тому времени было известно, что в темноте тиминовые димеры постепенно исчезают из ДНК (это открытие сделал в начале 1960-х годов Ричард Сетлоу (Richard B. Setlow), который вполне мог бы претендовать на премию, если бы не умер в апреле этого года) и что после облучения ультрафиолетом в клетках начинается синтез ДНК (автор этого открытия Филип Ханаволт (Philip Hanawalt) еще жив и в свои 84 года активно работает, но премия его обошла). Были известны три гена, которые отвечали за темновую репарацию, их назвали uvrA, uvrB и uvrC (uvr — от английского «UV-resistant», устойчивый к ультрафиолету), но оставалось совершенно непонятно, как же всё это в клетке происходит. Опять же, в основном проблемы были в том, что белков этих в клетке очень мало, и исследовать их из-за этого очень трудно.