И БЫЛИ С НАМИ АНГЕЛЫ МОРСКИЕ...

Меня попросили рассказать о месте Беломорской биологической станции МГУ (ББС) в моей научной работе. Тема хорошая, мне самому интересно рассмотреть те давние дела с сегодняшней колокольни. Ведь сегодня я на добрых полсотни лет старше, чем был при своём первом появлении на ББС.

Прошу, однако, принять во внимание, что наука жива контекстом. Таковы и мои беломорские страницы. Хочу, не хочу - должен начать издалека.

1.

К концу первой четверти двадцатого столетия во всей науке о мозге был один единственный человек, единственный диссидент, утверждавший, что межклеточная сигнализация делается в нервной системе не электричеством, как уверенно считали предшественники и современники этого человека, а нейроактивными молекулами. Звали его Александром Филипповичем Самойловым (1867-1930). Почему в руководствах мы находим совсем другие имена? Да просто потому, что западные источники врут, а русские списаны с западных.

Уже в 1924 году, задолго до будущих Нобелевских лауреатов, Самойлов писал: '...будь то синапс Шеррингтона в центральной нервной системе, будь то граница между эфферентными нервными волокнами и эфферентными органами, мы поймём особенности передачи возбуждения - и потерю во времени, и односторонность передачи, и суммирование, и др. - если примем, что из двух соприкасающихся клеток одна выработала в себе способность выделять раздражающее вещество, а другая - способность реагировать на это вещество' [1]. В основе этого понимания лежали собственные эксперименты Самойлова, вполне гениальные.

Читатель спросит: причём тут ББС? Немного терпения. Я устанавливаю планку - даю понять, что речь пойдёт о фундаментальных основах нейробиологии.

Рассказываю дальше. Прошла вторая четверть века, и в мировой науке уже можно было насчитать некоторое число физиологов, усвоивших правоту Самойлова. В их невеликом сообществе тоже возник диссидент, который смотрел на предмет иначе, чем все остальные. Остальные солидарно полагали, что нейроактивные молекулы Самойлова (медиаторы, а по современной терминологии - нейротрансмиттеры) изобретены природой специально для передачи нервных сигналов и потому могут быть найдены только в нервной системе. (Исключение делали для адреналовых желёз, объясняя их исключительность тем, что они якобы возникли из опростившихся нервных узлов.) Диссидент догадался, что всё совсем не так. Согласно его гипотезе, медиаторы нервной системы выполняли регуляторные функции задолго до возникновения самой нервной системы и до появления потребности в трансляции нервных сигналов. Эти регуляторные молекулы, утверждал диссидент, унаследованы нервной системой от донервных организмов.

Сейчас такие соображения кажутся банальными. Но кто-то должен был до них додуматься. Этим гением был Хачатур Сергеевич Коштоянц (1900-1961). 

Если хорошо поищем, говорил и писал Коштоянц [2] найдём нейротрансмиттерную химию у микробов и простейших, у низших беспозвоночных и даже на донервных стадиях развития у высокоорганизованных животных. В самом деле - поискали и нашли.

Спросят снова: причём тут ББС? А просто притом, что искали не где-нибудь, а в Белом море, и первая находка случилась именно на ББС.

Догадка Коштоянца носила априорный характер, прямых подтверждений она долго не имела, хотя сотрудники Коштоянца были полны решимости доказать гипотезу шефа. И вот в конце 50-х два его ученика, Геннадий Бузников и Борис Манухин, отправляются за счастьем на ББС. Оба недавно защитились, стали кандидатами наук, их руки развязаны, их головы настроены на поиск - пусть авантюрный, зато ни чем не регламентированный.

Результат - недостающее знание было добыто. Перебрав несколько перспективных моделей, молодые исследователи поймали счастье в развивающейся икре брюхоногих моллюсков. Оказалось, что классический нейротрансмиттер серотонин управляет моторикой зародышей на донервных стадиях развития. (Собственный серотонин появляется у зародышей, начиная со стадии двух бластомеров.)

Бузников и Манухин публикуют свои первые результаты на родине [3], и Коштоянц, чуть помедлив, присоединяется к авторам столь важного сообщения, помещая английскую версию в одном из читаемых международных журналов [4].

Последствия внушительны. Г. А. Бузников бросает свои прежние занятия и целиком отдаётся 'донервным нейротрансмиттерам'. Через несколько лет он посвящает им первую монографию [5], позже будет другая, вышедшая и в английском переводе [6]. К тому времени в образовавшийся прорыв уже дружно хлынула мировая наука, и за Бузниковым закрепляется слава отца-основателя нового направления биологии.

2.

А теперь вопрос задам я: причём тут ББС? Найдёте ли вы имена Бузникова и Манухина хотя бы на одной из 554 страниц книжищи, посвящённой юбилею биостанции [7]? Кто-нибудь из резвоголосых воспевателей биостанции слышал об их работе? Кому-нибудь, спрашиваю я, это интересно?

ББС и наука - скорбная тема. Так это было, вряд ли я скажу что-нибудь новое. Да и не хочется. Слишком многими людьми пронесена через годы и десятилетия верность тем приоритетам, которые установил на ББС её легендарный создатель и первый директор Николай Андреевич Перцов. А приоритетными для Перцова были те виды человеческой деятельности, в которых он мог стать и становился лидером и командиром. Наука к таковым не относилась.

'Ему было не до науки, - объясняет близкий друг Николая Андреевича профессор С. Э. Шноль. - И часть людей науки были с ним несовместимы... Ему было некстати, чтобы они занимались наукой в то время, когда он был занят другим основным делом. Это печальная часть истории, он сожалел об этом' [7, с. 258]. Ещё бы не печальная. Любимчиками Перцова были те, кто у себя на кафедре в увлечении наукой особо замечены не были. А нам, 'научникам', внятно давалось понять, что мы люди второго сорта.

И всё, больше об этом ни слова.

Я приезжал тогда на ББС вместе с Бузниковым и Манухиным и могу засвидетельствовать, что в конечном счёте наша память о беломорских сезонах конца 50-х окрашена светлыми тонами. Да, мы старались не попадаться на глаза директору, чтобы своим существованием не портить ему настроения, но станцию любили, и по-своему любили самого Николая Андреевича, и вечерами были готовы с полнейшей терпимостью, отчасти даже с воодушевлением, петь под его руководящий аккордеон песни из его непререкаемого репертуара.

3.

В отличие от моего друга и однокурсника Геннадия Алексеевича Бузникова, ставшего благодаря ББС отцом-основателем целого направления современной науки, я в книге 'Страна ББС' всё-таки упомянут. Написали, что я сочинитель песен. И на том, как говорится, спасибо, хотя в этом качестве я на ББС никогда не приезжал.

А вот в моей научной жизни с ББС связано не просто многое - главное.

Завидую тем, у кого первая встреча с Белым морем случилась на юной, впечатлительной стадии жизни. Его могучие чары наверняка повлияли на их формирование, на выбор профессиональных занятий. Через беломорские биостанции Московского, Санкт-Петербургского и Казанского университетов прошло нескольких поколений студентов - сотни, тысячи будущих биологов. Добавим студентов из других городов, в мои годы к нам на ББС МГУ целыми группами приезжали на летнюю практику минчане и харьковчане. Не забудем продвинутых детей - биологический класс знаменитой московской школы, которая давно уже обзавелась собственной беломорской биостанцией. Эти дети потом становились самыми перспективными студентами университета и самыми продуктивными исследователями.

У меня сложилось иначе, профессиональные и любовные отношения с Белым морем возникли только после аспирантуры. Мне было уже под тридцать, я был человеком, который твёрдо знает (так мне тогда казалось), чем заниматься. Диплом выполнил на лягушке, диссертацию на личинках амфибий, в ближайшем будущем собирался доделывать недоделанное, то есть работать опять же на головастиках.

И тут вдруг мой руководитель профессор Хачатур Сергеевич Коштоянц предлагает мне перевести немного дух - съездить на ББС, отдохнуть, покопаться в морских беспозвоночных. Я съездил, и всё во мне переменилось.

4.

Не совсем, однако, вдруг.

Дело в том, что в те самые 1953-56 годы, когда я был увлечён своими аспирантскими головастиками, Хачатур Сергеевич занимался не менее полезным делом - писал 'Сравнительную физиологию нервной системы' [8]. Это уникальное сочинение мыслилось Коштоянцем не как обычный для книг такого рода обзор литературы, а как идеологический трактат, призванный радикально изменить взгляд читателя на нервную систему.

Со времён Декарта в науке о мозге безраздельно господствовали техногенные метафоры: мозг как устройство из трубок и клапанов, как переплетение непрерывающихся проводов, как монтажная схема, телефонная станция, голографическое устройство, компьютер, и т. п. Коштоянц первым в мировой науке предложил биогенную альтернативу: мозг как продукт развития донервных механизмов управления. И этот взгляд усвоили мы, его ученики [9].

Чем занимались на ББС Бузников и Манухин, я уже сказал. Это можно назвать механизмами регуляции активности. На мою долю выпало заняться механизмом генерации активности.

В ходе работы над книгой Коштоянц не на шутку увлёкся свежими результатами нескольких английских беспозвоночников. У представителей самых разных групп (медуза, актиния, асцидия, полихета, ещё кое-кто) они дружно обнаружили поведенческие акты, которые приводятся в действие не внешним стимулом, как положено рефлексу, а эндогенным пусковым механизмом - примерно так, как делается сердечный ритм. В глазах физиологического сообщества эта зоологическая самодеятельность выглядела неприличием и безграмотностью. Одно дело сердце, другое - мозг. Незыблемость рефлекторного принципа была освящена всем опытом, всем авторитетом мировой науки о нервной деятельности. Легкомыслие в этой сфере считалось недопустимым. Никому ведь не придёт в голову утверждать, что сознание беспричинно. А что такое сознание? Продукт нервной деятельности. А чем обеспечивается причинный характер нервной деятельности? Рефлексом. Нет рефлекса - нет причинности, чистый идеализм.

Коштоянц рассуждал иначе. Наше сердце прекрасно приводит свой автоматизм в соответствие с меняющимися обстоятельствами, в разных условиях бьётся по-разному. Почему сердцу можно, а нервной системе нельзя?

Но озвучивать такие вопросы мой шеф не торопился - адаптировался к суровым обстоятельствам советской действительности.

Между тем тучи сгущались. Один из сотрудников Коштоянца, заодно служивший в отделе науки ЦК, опубликовал статью, в которой гневно изобличил английских зоологов-идеалистов. Это было предупреждение. Коштоянц опасность сознавал и на словах осторожничал, но на деле всё сильнее увлекался эндогенными источниками моторной активности и всё настоятельней ориентировал своих сотрудников на их изучение.

Мои диссертационные результаты подлили масла в огонь - не все личинки оказались сторонницами материалистической рефлекторной доктрины. Её охотно разделяли личинки хвостатых амфибий: они до поры затаивались, а когда поблизости проплывал внешний стимул (например, циклоп или дафния), выдавали адекватный ответ - кидались на жертву с разинутой пастью. Однако головастики бесхвостых амфибий являли нехорошую склонность к идеализму. Подбирая ротиком со дна всякую всячину, они время от времени с отменной регулярностью переплывали на новое место, и эти локомоторные эпизоды возникали как-то сами по себе, спонтанно, никакого периодического стимула из внешнего мира головастики не получали.

Так что закулисным фоном моей беломорской командировки было актуальное для советской действительности противостояние между материализмом и идеализмом. А правильней сказать - извечное противостояние между твердолобостью догм и живостью нестандартных идей.

(С той поры прошло пятьдесят с лишним лет - пора бы придти в отчаяние, ведь подавляющая масса физиологов по-прежнему повязана рефлексом. Но не всё так печально. По большому счёту, техногенные представления о мозге загнаны в угол, ныне господствуют нейробиологические подходы к исследованию естественных механизмов управления - биохимические, молекулярные, короче, то самое, к чему одиноко призывал Коштоянц. И мне не утомительно дивиться прозрениям своего великого шефа. Он по-прежнему, и через десятилетия после ухода из жизни, направляет тех, кто умеет слышать.)

Но возвращаюсь к тем далёким дням, когда Коштоянц предложил мне отдохнуть от диссертации и съездить на ББС. Он не связывал мою поездку с конкретным заданием, задача была размытой: присмотреться, сориентироваться. Нельзя ли использовать биостанцию для расширения кругозора студентов-физиологов? Нельзя ли проводить там часть Большого Практикума, как это делают некоторые другие кафедры? А совсем хорошо будет, если я придумаю для этого практикума несколько учебных задачек.

Разработанный мною на ББС практикум по сравнительной физиологии оказался всецело посвящённым спонтанной моторике морских беспозвоночных. Как-то само собой всё получилось под лозунгом: к чёрту рефлексы!

После первого же лета, проведённого на ББС, жизнь моя началась, можно сказать, с нуля. Организацией практикума дело не ограничилось, мне и в научных занятиях захотелось чего-то иного. Чего именно, я не знал, с новыми объектами ещё не определился, но твёрдо понимал, что никакие головастики меня уже не соблазнят.

Через какое-то время я привёз на ББС первую группу студентов-физиологов, положив этим начало летнему практикуму по сравнительной физиологии. Он стал традиционным, вошёл в учебный план биофака. Занятия вёл сам, но в 1962 году в связи с кончиной Коштоянца мне пришлось перейти на работу в Академию наук, и мой беломорский практикум продлился уже без меня.

На этом временно иссякла моя первая беломорская эпопея, возникшая с лёгкой руки Коштоянца и занявшая несколько рабочих сезонов. С той поры мне довелось поработать на нескольких биостанциях, повидать немало разных мест, как правило, прекрасных: острова Японского моря, Тихань на Балатоне, Котор на Адриатике, канадский университет на самом берегу Атлантического океана, островок у тихоокеанского побережья США, где делают науку студенты и профессора из Сиэтла. В итоге - неистребимое чувство, что лучше Белого моря нет на свете места.

5.

Студенты студентами, красоты красотами, но пора и о науке.

Наука дело неторопливое. Полюбив беспозвоночных, я довольно долго искал себе занятие почти вслепую. Мне было интересно, почему нейроны разные: одни красятся так, другие иначе. Но с какого боку к этому подступиться, я не знал. Делал одно, другое, третье, менял объекты и методики.

На исходе 60-х ситуация разрешилась. Пришло понимание: клетки нервной системы не стали разными в процессе её эволюции, они были такими изначально, ещё до того, как объединились в систему. Нейротрансмиттерная специфичность нервных клеток консервативна, она сохраняется от вида к вида, от рода к роду - и далее. Гомология индивидуальных нейронов доказывается так же надёжно, как гомология руки и птичьего крыла [10]. Возникла гипотеза множественного происхождения (полигении) нервных клеток [11]. Мозг предстал в новом свете.

За вопросом, почему нейроны разные, следовал не менее интригующий: для чего это нужно, зачем нейротрансмиттерное многообразие нейронов представлено в любом ансамбле, умеющем чем-нибудь управлять? В середине 80-х явился ответ и на него: это нужно для избирательной адресации сигнала, то есть для выполнения той функции, которую приписывают синапсам. Я предложил теоретическую альтернативу синаптической доктрине - несинаптическое представление о механизме внесения упорядоченности в деятельность нейронных ансамблей [9, 12]. Синапсу нашлось место на другом конце теоретического диапазона. Задачи конкретизировались - пёструю нейробиологическую реальность нужно теперь размещать где-то между двумя крайностями, двумя, по сути дела, идеализациями. Забот достанет до конца моих дней.

Связаны ли эти факты моей рабочей биографии с ранними приездами на ББС? Несомненно. От приездов потянулись хвосты. Два хвоста мне особенно дороги.

6.

Имя первому - тритония. Голожаберный моллюск, обладающий самыми крупными в природе нервными клетками, стал всемирной знаменитостью. Фотография тритонии красовалась на обложке самых престижных научных журналов, на этом голожабернике сделаны фундаментальные открытия, оказавшие влияние на развитие науки о мозге.

Знатоки скажут: но ведь тритонии на ББС нет! А я и не утверждаю, что она водится в Белом море. Утверждаю я нечто иное: на ББС началась история восхождения тритонии.

Началась она с того самого, туманно сформулированного задания - придумать практикум по сравнительной физиологии. Чем реально я занимался, чтобы выполнить пожелание Коштоянца? Бродил по литорали, просиживал время у аквариума, тыкал в зверя стеклянной палочкой, анатомировал. Какие-то мысли приходили в голову, иногда удавалось их реализовать в форме учебной разработки.

Знакомясь с беломорскими голожаберниками (Nudibranchia), я обратил внимание на странные симметричные образования. Яичники? Там и сям видны крупные, ярко окрашенные зрелые яйцеклетки, рядом незрелые, помельче. Или это не яйцеклетки, а капсулы каких-то паразитов? Я предпринял мацерацию и убедился, что 'яйцеклетки' и 'паразиты' в действительности являются телами нервных клеток. По схемам из зоологических руководств тоже получалось, что образования, которым я, малограмотный, удивился, это слившиеся воедино парные ганглии центральной нервной системы - мозг.

Даже не верилось, что нервные клетки могут быть такими большими. Но я знал по литературе, что нейрофизиолог Анжела Арванитаки уже несколько лет работает в Марселе на гигантских нейронах средиземноморского слизня Aplysia из группы Tectibranchia. То есть прецедент известен. Следовательно, мне крупно повезло - наткнулся на ещё один случай обладания гигантскими нервными клетками у морских моллюсков [13].

Было очевидно, что такая особенность характерна далеко не для всех моллюсков. Для каких же? Гадать бессмысленно, надо просто воспользоваться везением. Берём находку на заметку: гигантские нейроны пока не нужны студенческому практикуму, но наверняка понадобятся нашим биофизикам. Ведь, в отличие от недоступной аплизии, голожаберники - они свои, родные, отечественные.

7.

Сделаю отступление и скажу, что теперь я мог бы ответить на вопрос, какие из моллюсков обладают этим нетривиальным признаком. Гигантские нейроны обнаружены только у представителей класса Gastropoda (брюхоногие), при том не у всех подряд. В подклассе Prosobranchia (переднежаберные) гигантизма нейронов не наблюдали никогда. Зато в двух других подклассах - Opisthobranchia (заднежаберные) и Pulmonata (лёгочные) - крупные и гигантские нервные клетки имеются у всех видов (точнее, у всех проверенных видов).

И заднежаберные, и лёгочные произошли, по мнению зоологов, от переднежаберных. Судя по нервным клеткам, обе линии наследовали одному общему предку. По-видимому, он, этот неведомый древний переднежаберник, претерпел уникальную революцию (мутацию?) - обрёл способность к тысячекратному увеличению содержания нейрональной ядерной ДНК, вслед за чем стал родоначальником двух процветающих групп.

В лаборатории моего товарища по работе, цитолога В. Я. Бродского, на наших препаратах тритонии и было впервые показано, что ядра особенно крупных нейронов отличаются фантастически высоким содержанием ДНК. Обладая таким ядром, один нейрон может заменить множество мелких, диплоидных нервных клеток. И действительно, заднежаберные и лёгочные моллюски обходятся значительно меньшим числом центральных нейронов, чем у родительской группы - переднежаберников. При этом поведение не упрощается. Как тут быть с известной догмой, согласно которой животное тем умнее, чем больше в его мозге нейронов?

Насколько мне известно, больше нигде в животном мире подобной революции мозга не происходило, и загадка гастропод до сих пор не получила объяснения. Какой роскошный, казалось бы, подарок молекулярщикам со стороны природы! Вникни, разберись! Никто не вник, никто даже не попытался разобраться, во всей мировой науке не нашлось ни единого человечка, проявившего интерес к молекулярной подоплёке гигантизма нейронов. Делать что-нибудь стадом эти молекулярщики всегда пожалуйста, а разглядеть уникальный шанс - некому.

8.

Сравнив гигантские нейроны дендронота, эолидии, корифеллы и других беломорских голожаберников, я сделал естественное, даже, можно сказать, туповатое умозаключение: самыми крупными нейронами должен обладать самый крупный голожаберник. Cогласно зоологическим атласам, самым крупным нашим голожаберником является Tritonia diomedia, обитающая в Японском море. (Позже зоологи переименовали её в Tritonia diomedea.) Прекрасно! Японское море - советское море. Почему бы не отправиться туда поискать тритонию?

Как всё происходило, я детально рассказал в полунаучном очерке 'Красная трепанга', он не раз переиздавался и теперь выложен на моём литературном сайте [14]. Ограничусь здесь тремя главными пунктами.

1. В этом авантюрном предприятии компанию мне составили Борис Николаевич Вепринцев и Игорь Викторович Крастс, взявшие на себя самое трудное - оборудование. Надо было разобрать установки в их родном Институте биофизики, доставить два центнера железа во Владивосток, переправить оттуда на какой-нибудь остров (мы выбрали Путятин) и снова собрать на местном рыбоконсервном заводике или где-нибудь возле него. Ни Института биологии моря, ни морских биостанций у нас на Дальнем Востоке в ту пору ещё не было.

2. Тритонию мы нашли.

3. Результаты первичного микроэлектродного обследования её сверхгигантских нейронов быстро опубликовали в журнале 'Биофизика' [15].

Что было дальше?

Б. Н. Вепринцев немедленно пристроил нейроны тритонии к биофизике мембран. Боевые ватаги пущинских и киевских биофизиков ринулись на остров Путятин.

Я в союзе с электронным микроскопистом В. Л. Боровягиным зациклился на чудесах цитологии, явленных новым объектом. Одним из итогов этих занятий стала книга 'Ультраструктура гигантских нейронов тритонии', содержащая весьма занятные находки [16].

Но самый хищный глаз положили на тритонию американцы и англичане. Таковых было поначалу немного, важно, что в это небольшое число входил главный стратег нейроэтологии Грэм Хойл. Нейроэтология - это наука о нейрональных механизмах поведенческих программ, в те годы она как раз нарождалась. Теоретически, у Хойла всё уже было продумано, он знал, что делать, не мог только выбрать оптимальный объект. Раки? Насекомые? Наша статья появилась как нельзя кстати. Американцы сразу и без труда нашли тритонию на своей стороне Тихого Океана. (Англичанам пришлось довольствоваться более мелким видом того же рода, который доступен у берегов Соединённого Королевства).

Результаты наших ультраструктурных и биофизических исследований на нейронах тритонии были интересными, полезными, но не более того. Результаты нейроэтологов оказались ошеломляющими.

9.

Хойлу не так даже повезло с тритонией, как с аспирантом, которого он посадил на тритонию. Этого рослого парня, физика по первому образованию, звали Деннис Уиллоуз. Тритония демонстрировала у Денниса самые разные движения, при этом Деннис так хитроумно закреплял её мозг, что он оставался неподвижным и в клетки мозга, выбранные под микроскопом, можно было вводить микроэлектроды. Это было выдающееся техническое достижение, до сих пор не превзойдённое. И потому стали возможными выдающиеся научные результаты.

В сентябре 1967 года на международном симпозиуме в Венгрии Уиллоуз сообщил, что ему удалось найти в мозге тритонии некий узнаваемый нейрон, возбуждение которого служит командой для нервной сети, генерирующей программу целостного поведенческого акта - 'избегательного плавания' (escape swim). То есть достаточно возбудить один единственный нейрон, и тритония, выдав стереотипную серию телодвижений, удерёт от хищника [17].

Появилось фундаментальное представление об управлении поведением. Если поведенческий репертуар представлен набором унаследованных и приобретённых программ, а набору поведенческих программ соответствует в мозге набор нейрональных сетей, то управление поведением сводится к выбору нужного командного нейрона. Красиво и капитально.

Попутно замечу, что, вообще-то, тритония не плавающий моллюск, в мирное время она только ползает, скользя подошвой по субстрату. Плавательный бросок тритония совершает исключительно при встрече со звездой, которая может её съесть. Спасительная моторная программа - это стереотипная серия мощных чередующихся изгибов, благодаря которым тело бьёт по воде, как плавник, отбрасывая потенциальную жертву подальше от хищницы-звезды.

(Такую же реакцию на врага я наблюдал у дикой физы, заурядной улиточки наших пресноводных водоёмов. Подобно тритонии, физа на несколько секунд становится плавчихой, едва учует заклятого врага - пиявку. Подозреваю, что escape swim физы генерируют нейроны, гомологичные тем, которые делают это у тритонии. Эволюция не любит разбрасываться толковыми нейронными ансамблями.)

Проходят годы после замечательных демонстраций Денниса Уиллоуза, и среди его американских последователей, занимающихся нейроэтологией тритонии, появляется новая заметная фигура, Питер Геттинг. Питер тоже исследует escape swim тритонии и тоже приходит к ошеломляющему заключению: те же самые нейроны, которые генерируют escape swim, способны генерировать ещё одну поведенческую программу. Фантастика! Как такое может быть? А сеть? Геттинг высказывает революционное предположение, что монтажная схема нейрональной сети способна перемонтироваться. Он связывает это с динамической изменчивостью свойств нейронов, формирующих сеть, и приводит веские свидетельства такой изменчивости [18]. С подачи тритонии, перестройка нейронных сетей становится модной главой науки о мозге.

Вскоре молодой Геттинг выходит из строя (мне говорили, инсульт), и тут же работавшие с ним бодрые ребята начинают тянуть одеяло на себя. В частности, присваивают открытие Денниса (у них в Америке так принято). Для начала переименовывают командный нейрон Денниса и тем самым как бы описывают его впервые; отныне он называется триггерным. Триггерному нейрону делается шумная реклама, объявляется, что только его не хватало для полного понимания клеточных основ поведения.

Реклама имеет успех. Нейроэтологи, работающие на пиявке, объявляют, что триггерный нейрон имеется и у их объекта, - достаточно его пораздражать, и включается плавательная программа [19].

Годы, однако, продолжают бежать, и пиявочники с недоумением обнаруживают, что один и тот же триггерный нейрон может приводить в действие разные поведенческие программы. Только что вызывал плавание - и уже вызывает шагание [20]. Почему он поступает столь непоследовательно? Как с такими триггерами можно управлять поведением?

Новые люди, работающие на тритонии, нащупывают новые перспективы. Совсем недавно к привычным внутриклеточным микроэлектродам удалось добавить оптическую технику, позволяющую одновременно отслеживать индивидуальную активность более 130 нейронов мозга [21]. Оказалось, что в генерации и реализации escape swim участвует вдвое больше нервных клеток, чем считалось до сих пор. И снова тритония в эпицентре событий. Как не загордиться отцам-основателям замечательного объекта?

Пренебрегаю экономии ради менее значимыми успехами нашей тритонии. Можно было бы, например, рассказать о том, как тот же Деннис Уиллоуз выяснил, каким способом животное ориентируется в магнитном поле, даже нашёл у тритонии нейроны, которыми она это делает [22]. Можно добавить про оригинальные нейропептиды тритонии. И так далее. Понятно, что интерес к тритонии не ослабевает.

Добавлю про человеческий фактор. Мы с Борисом Вепринцевым участвовали в том симпозиуме 1967 года, на котором Деннис Уиллоуз сделал свой знаменитый доклад. Подружились. Хорошее отношение к нам Деннис перенёс на всю советскую нейробиологию. Став директором роскошно оборудованной морской биостанции Friday Harbor, он ежегодно приглашал работать наших соотечественников. Допустим, пишу: 'Дорогой Деннис, рекомендую тебе NN. Она не только чрезвычайно мила, но и виртуозно владеет микроэлектродной техникой'. Деннис тут же добывает деньги, и NN летит к нему. Особенно надёжно действовали слова 'чрезвычайно мила'.

Я добрался до Friday Harbor только весной 1994 года. Изрядно поседевший Деннис встретил меня в аэропорту Сиэтла и доставил на остров на своём двухместном гидроплане. В воздухе дал порулить. Показал стаю кашалотов. Хотел было показать секретную базу атомных подводных лодок - пришлось категорически пресечь это дружелюбное стремление.

Представляя меня своим студентам, Деннис сказал, что я тот человек, чья находка на долгие годы обеспечила его объектом исследования. Мне было приятно - ведь ссылка на нашу статью в 'Биофизике' появилась у американцев всего однажды и тут же была забыта. Прославляя тритонию как великий объект нейробиологии, американцы до сих пор умалчивают о его первоописателях [23]. Ничего не поделаешь, у них так принято: конкуренция.

10.

Мой другой беломорский хвост - морской ангел, или клион, Clione limacina. Это тоже моллюск, представитель отряда Pteropoda (крылоногие). Как и тритония, клион не имеет раковины и обладает крупными полиплоидными нейронами, каковых в мозге на удивление немного. Удивительно это потому, что, в отличие от тритонии и, вообще, от большинства гастропод, медлительных по своей природе, клион - стремительный пловец, умелый охотник. Моторные программы, посредством которых он ловит жертву и расправляется с ней, настолько изощрённы и так хорошо скоординированы, что ожидаешь увидеть солидно устроенный мозг, а видишь маленький, в котором клетки наперечёт.

Внешняя канва истории моего ангела та же, что у тритонии. Началось с подготовки задач для беломорского практикума, кончилось великолепной востребованностью в нейроэтологии и фотографией клиона на обложке знаменитых журналов. В деталях, однако, немало разного.

Во-первых, морского ангела не пришлось искать, он, в отличие от тритонии, обитатель Белого моря.

Во-вторых, он сразу попал в студенческий практикум. Ещё на стадии разработки учебных задач я сделал маленькое открытие: локомоторные движения (синхронные ритмические взмахи двух крыльев) сохраняются у ангела в препарате, состоящем только из этих крыльев и пары педальных ганглиев. Если я нарушал связь между правым и левым ганглием, каждое крыло начинало биться в собственном ритме, из чего следовало, что 1) ангел обладает двумя независимыми автоматами, производящими локомоторный ритм; что 2) имеется механизм для их синхронизации; и что 3) вся эта нейрональная машинерия мало чувствительна к травме, возникающей при препаровке; у других модельных животных такая травма как правило подавляет моторное поведение.

Эти свойства делали препарат клиона удобным для студенческих занятий. Был очевиден, однако, и его огромный потенциал для изучения природы центральных автоматизмов. Поэтому я без промедления дал описание препарата в небольшой статье [24].

Третье отличие. Если тритония сразу же была востребована наукой, то морскому ангелу пришлось дожидаться своего часа больше двадцати лет. И час настал.

11.

Час настал, когда ко мне в лабораторию пришёл старый друг Юра Аршавский (его папа профессор Илья Аркадьевич Аршавский был в 1957-м оппонентом на моей кандидатской защите), уселся поудобней и попросил: 'Расскажи мне про локомоцию виноградной улитки. Нам надоело работать на кошке, хочется чего-нибудь попроще'. Какой же это был год? Наверно, 1981-й.

Эти ребята, которым 'надоело работать на кошке', были одной из лучших в мире групп, занимающихся управлением движениями. Поэтому к запросу Юрия Ильича я отнёсся с полной ответственностью и для начала отговорил от виноградной улитки. Разговор о ней он мог завести потому, что прочитал свежую статью, в которой мы с Яношом Шаланки, моим венгерским другом, описали способ так растормозить локомоторные мышечные волны, что они будут часами беспрепятственно бежать у улитки по подошве. Но Аршавский не знал, что локомоцией виноградной улитки управляет не только мозг, а ещё и плексус - нервное сплетение, вмонтированное прямо в подошвенную плоть. Этот плексус убивал всякую надежду разобраться в нейрональной (клеточной) основе управления локомоторными волнами.

В качестве альтернативы я предложил локомоцию морского ангела. Предложение было услышано.

12.

Как и в случае тритонии, центральной фигурой стал аспирант. Подобно Деннису Уиллоузу, Юра Панчин оказался замечательно талантливым исследователем. Он не работал в одиночестве, на ангела навалились всей мощью группы Аршавского, в состав которой входил один из лучших в мире специалистов по нейрофизиологии локомоторных движений Григорий Николаевич Орловский. Результатом нескольких сезонов, проведённых группой на беломорской базе Зоологического института 'Картеш', явилась мощная серия статей в одном из ведущих международных журналов [25]. Она мгновенно сделала морского ангела чемпионом мира - ни на каком другом объекте нейроэтологии не было проведено сравнимого по полноте клеточного анализа поведенческой программы.

Как бы невзначай, ненароком, походя морской ангел вернулся ко мне и зацепил меня своим крылом. Опять, как почти что тридцатью годами раньше, жизнь началась с новой страницы.

Снова возник Аршавский - предложил, чтобы я присоединился к их группе и попытался внести в ангельскую тему нейротрансмиттерную ноту. Звучало заманчиво. Был сезон 1984 года, я прибыл на Белое море со своим аспирантом Женей Каботянским. Для начала решили прокартировать нейроны, у которых в роли сигнальной молекулы выступает дофамин или серотонин. Чтобы усилить гистохимическую реакцию на эти амины, я решил повысить их концентрацию в нейронах и с этой целью взял с собой метаболические предшественники дофамина и серотонина. Рутинная поначалу работа обернулась незапланированной находкой: каждый из предшественников оказывал сильнейшее влияние на поведение ангела - куда более сильное, чем само нейротрансмиттерное вещество. Доступные нашему разуму объяснения не годились. Мы нашли альтернативное объяснение, оно плохо монтировалось с общепринятыми взглядами на нервную систему, и это было как раз хорошо. Чего стоит научная работа, если в ней нет куража?

Возникший тогда кураж не угас до сей поры, это тема для отдельной статьи, уже не имеющей отношения к Белому морю и даже к морскому ангелу. Увы.

Но приобщённый на ББС к науке о мозге морской ангел, как и тритония, поныне остаётся одним из востребованных объектов. Из нейроэтологии он мигрировал в молекулярную нейробиологию, исследования на нём успешно продолжаются как в Москве, так и в нескольких американских университетах. Там ведь тоже работают люди нашей домашней выучки.

Март, 2009                                                    Д. А. Сахаров

Источники

 
[1]   А. Ф. Самойлов. О переходе возбуждения с двигательного нерва на мышцу. В кн.: Сборник, посвящённый 75-летию академика Ивана Петровича Павлова. Л., 1924. С. 75-82.  
 
[2]   Д. А. Сахаров. Работы по химическим основам механизмов нервной деятельности. В кн.: Н. М. Артёмов и Д. А. Сахаров. Хачатур Седракович Коштоянц. М., 'Наука', 1986. С. 106-162.  
 
[3]   Г. А. Бузников и Б. Н. Манухин. Влияние серотонина на эмбриональную моторику голожаберных моллюсков. Журн. общ. биол., 1960, 21 (5): 347-352.  
 
[4]   Kh. S. Koshtoyants, G. A. Buznikov, B. N. Manukhin. The possible role of 5-hydroxytryptamine in the motor activity of embryos of some marine gastropods. Comp. Biochem. Physiol., 1961, 3 (1): 20-26.  
 
[5]   Г. А. Бузников. Низкомолекулярные регуляторы зародышевого развития. М., 'Наука', 1967.  
 
[6]   G. A. Buznikov. Neurotransmitters in Embryogenesis. Harwood Academic Publishers, Chur, Switzerland, 1990.  
 
[7]   Е. Каликинская. Страна ББС. М., 2008.  
 
[8]   Х. С. Коштоянц. Основы сравнительной физиологии. Т. 2. Сравнительная физиология нервной системы. М., 'Наука', 1957.  
 
[9]   Д. А. Сахаров. Наука о мозге - нейробиология. В кн: Актуальные проблемы биологической науки. М., 'Просвещение', 1984. С. 86-100.      
         (http://sukharev.lib.ru/Sakharov/Neurobiology.htm)
 
[10]   Д. А. Сахаров. Почему нейроны разные? Природа, 1972, ? 10: 52-62.  
 
[11]   Д. А. Сахаров. Генеалогия нейронов. М., 'Наука', 1974.  
 
[12]   Д. А. Сахаров. Синаптическая и бессинаптическая модели нейронной системы. В кн.: Простые нервные системы, часть 2. Казань, 1985. С. 78-80. См. также: Д. А. Сахаров. Множественность нейротрансмиттеров: функциональное значение. Ж. эвол. биохим. физиол., 1990, 26 (5): 733-740.  
 
[13]   Д. А. Сахаров. Гигантские нервные клетки у голожаберных моллюсков Aeolidia papillosa и Dendronotus frondosus. Журн. общ. биол., 1962, 23: 308-311.  
 
[14]   Д. Сухарев. Красная трепанга. Пути в незнаемое: Писатели рассказывают о науке. Сб. 6. М., 'Сов. писатель', 1966. С. 53-82. Переиздано: там же, 1987. С. 34-62.  
См. http://sukharev.lib.ru/Sakharov/Trepanga.htm
 
[15]   Б. Н. Вепринцев, И. В. Крастс, Д. А. Сахаров. Нервные клетки голожаберного моллюска Tritonia diomedia Bergh. Биофизика, 1964, 9: 327-336.  
 
[16]    В. Л. Боровягин, Д. А. Сахаров. Ультраструктура гигантских нейронов тритонии. Атлас. М., 'Наука', 1968.  
 
[17]    A. O. D. Willows, G. Hoyle. Correlation of behavior with the activity of single identifiable neurons in the brain of Tritonia. Neurobiology of Invertebrates (J. Salanki, ed.), 1968, Budapest, Akademiai Kiado, pp 443-461.  
 
[18]    P. Getting. Emerging principles governing the operation of neural networks. Annu. Rev. Neurosci, 1989, 12: 185-204.  
 
[19]   P. D. Brodfuehrer, W. O. Friesen. From stimulation to undulation: A neuronal pathway for the control of swimming in the leech. Science, 1986, 234: 1002-1004.  
 
[20]   P. D. Brodfuehrer, K. McCormick, C. Garybeal, L. Tapyrik, A. M. Albano. Initiation of Swimming or Crawling by a Trigger Interneuron in the Medicinal Leech. Invert. Neurosci., 2008, 8: 31-39.  
 
[21]   C. Moore-Kochlacs, E. Hill, W. N. Frost, J. Wang, and T. J. Sejnowski. Separation of single neurons from optical recordings in Tritonia diomedea using ICA. Frontiers in Systems Neuroscience. Conference Abstract: Computational and systems neuroscience, 2009.  
См. детали на http://inc2.ucsd.edu/techreports/INC-08-001-tritonia.pdf
 
[22]   K. J. Lohmann, A. O. D. Willows, R. B. Pinter. An identifiable molluscan neuron responds to changes in earth-strength magnetic fields. J. Exp. Biol., 1991, 161: 1-24.  
См. также http://www.unc.edu/depts/geomag/Tritonia.html
 
[23]   http://www.scholarpedia.org/article/Tritonia  
 
[24]   Д. А. Сахаров. Об автоматизме педальных ганглиев у крылоногого моллюска Clione limacina L. Научн. докл. высш. школы (биол. науки), 1960, ? 3: 60-62.  
 
[25]   Yu. I. Arshavsky, I. N. Beloozerova, G. N. Orlovsky, Yu. V. Panchin, G. A. Pavlova. Control of locomotion in marine mollusc Clione limacina. Exp. Brain Res., 1985, 58: 255-262, 263-272, 273-284, 285-293.  

Статья опубликована на сайте   Беломорской биологической станции