Цивилизация
Превращение одного вида энергии в другой — уникальный феномен, до сих пор полностью не освоенный технологами. Самый первый двигатель внутреннего сгорания, конвертирующий энергию химических связей в механическую, был собран всего лишь в XVIII веке, а динамо-машина, обменивающая движение на электричество — в середине XIX. Природа, что опять неудивительно, и здесь опередила человеческую мысль не на одну сотню миллионов лет.
Все наши органы чувств занимаются именно этим — превращением механического, химического, светового и других сигналов в нервный (электрический) импульс.
Причем размер биологических «конвертеров» в сотни раз меньше генераторов, фотоэлектронных умножителей и прочих технологических новинок. Зачастую достаточно одной специализированной клетки, а то и отдельного её участка.
Палочки и колбочки сетчатки, обонятельные окончания в слизистой носа и волосковые клетки в органе слуха и равновесия позволяют нам получать более 99% информации об окружающем мире «на расстоянии», не вступая с ним в контакт. Есть ещё специальные рецепторы, регистрирующие состояние внутренних органов — от концентрации углекислого газа в крови до степени сокращения той или иной мышцы.
Самыми же малоизученными, но от этого не менее значимыми до сих пор остаются, казалось бы, самые простые — механорецепторы кожи, регистрирующие силу и продолжительность любых касаний.
Всего таких механорецепторов шесть типов — тельца Пачини, Мейснера, Руффини, Меркеля, свободные нервные окончания и клетки, регистрирующие отклонение волоса (к слову, сетчатка глаза обходится всего четырьмя типами клеток — палочками и колбочками трёх цветов). Подобное разнообразие понятно тем, кто хоть раз сталкивался с измерительной техникой — мы всегда ограничены возможностями прибора: чем выше чувствительность, тем уже границы измерения. Проблема в том, что за почти полтора века ученые так и не разобрались, какой из рецепторов за что отвечает.
Конечно, здравый смысл и эмпирический опыт более-менее разделили сферы влияния: тельца Пачини, располагающиеся в подкожном жире, грубо и однократно оценивают силу давления; тельца Мейснера отвечают за тонкую чувствительность, окончания Руффини регистрируют растяжение кожи, а самые чувствительные изо всех клетки Меркеля, располагающиеся почти на поверхности, отлично регистрируют и силу, и продолжительность контакта.
Эллен Лампкин из Бейлорского медицинского колледжа и её коллеги впервые сумели экспериментально подтвердить гипотезу Фридриха Зигмунда Меркеля, высказанную аж в 1875 году.
Собственно, ничего нового о функции одноименных клеток авторы публикации в Science так и не сказали, зато теперь из учебников можно наконец-то вычеркнуть оборот «предполагается, что». Лампкин и соавторы сумели сделать то, что не удавалось на протяжении целого века – убрать один из типов рецепторов, ведь это единственный способ точно оценить функцию. Для этого ученые вывели нокаутных мышей, с рождения лишенных гена Atoh1, отвечающего за развитие дисков Меркеля.
Эти грызуны, оставшиеся без клеток Меркеля, не потеряли способность к механорецепции, но «разучились» распознавать сигналы с хорошим временным и пространственным разрешением (время или расстояние, при котором два последовательных сигнала будут восприниматься как два, а не как один).
Именно эта чувствительность обеспечивает ни с чем не сравнимое чувство шелка, умение читать рельефные буквы вслепую или контролировать натяжение струн на грифе.
Быть может, в скором будущем детализация их работы позволит создать куда более чувствительные датчики давления, а пока ученым остаётся только любоваться трехмерными реконструкциями свободно рассеянных клеток Меркеля и соединяющих нервных окончаний.