Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса - Элен Черски

Ваша кожа имеет очень тонкий слой жирных молекул, расположенный непосредственно под ее наружными клетками и исполняющий роль барьера, который препятствует выходу/поступлению жидкости в организм. Но когда вы находитесь в теплом помещении, в вашем кожном покрове (в упомянутом выше барьере) открываются туннели, так называемые поры. Пот просачивается через них, проникает в водозащитный слой и выходит наружу. Отдельные молекулы воды соударяются друг с другом и теплой поверхностью кожи до тех пор, пока самые энергичные не вырвутся наружу. Одна за другой они выходят в окружающее пространство, в результате чего ваша кожа охлаждается. Когда она достаточно охладится, поры закроются и кожа снова станет водонепроницаемой. Водонепроницаемость кожи препятствует не только свободному проникновению воды в ваше тело, но и ее свободному выводу из него, поскольку внутренний резерв воды в организме весьма ограничен. Вода в нем переносится потоком крови – внутренней системой снабжения, распределяющей ресурсы организма между разными органами и клетками. Эта система снабжения должна работать непрерывно, обеспечивая нормальную жизнедеятельность всех клеток. Каждый из нас может убедиться в ее функционировании, просто пощупав свой пульс.

Наш пульс представляет собой пространственное возмущение: перемещающуюся волну давления, которая позволяет получить определенную информацию о кровотоке. Сердце человека прокачивает кровь через свои камеры, повышая давление жидкости и заставляя кровь двигаться по артериям. Сердце человека – довольно мощный насос. Сокращение его мышц придает крови сильный толчок. Когда цикл очередного сокращения сердца подходит к концу, давление жидкости в его камерах падает. Теперь направление силы, действовавшей на кровь, меняется на противоположное, и только что вытолкнутая кровь хлынула бы обратно, если бы не наличие препятствующих этому обратных клапанов. Под напором крови, которая пытается вернуться обратно, клапаны закрываются, и обратное движение крови останавливается. Обратный удар настолько силен, что раздвигает окружающие ткани, которые, в свою очередь, воздействуют на ткани, расположенные дальше. Эта волна давления распространяется по всему телу, слегка сжимая мышцы и кости на пути своего движения. Чтобы она достигла кожного покрова тела, требуется примерно шесть миллисекунд. Если приложить к телу человека стетоскоп или просто ухо, вы можете услышать этот удар. Это не что иное, как сердцебиение. Если бы волны давления не распространялись по тканям организма, то мы бы его не слышали. На самом деле каждый удар сердца не одиночный, а двойной. Мы слышим сдвоенную пульсацию: «тук-тук», поскольку сердце содержит четыре клапана, причем закрываются они попарно: сначала одна пара, потом другая. Это случайное сочетание физики и физиологии – самый важный признак того, что мы живем.

После процесса потоотделения ваша кровь переносит в себе меньшее, чем прежде, количество молекул воды. Теперь ваше тело нуждается в пополнении резервов со стороны. Чтобы вы могли просто попить воды, клеткам вашего организма нужно согласовать свою деятельность. Решения и действия, требуемые для координации разных частей тела, чтобы эти решения можно было выполнить, принимаются и реализуются человеком сначала на подсознательном, а затем на сознательном уровне.

Отдельно взятая клетка человеческого мозга бесполезна. Она приносит пользу лишь благодаря тесной связи с остальными клетками, и эта сеть взаимных связей, по-видимому, не менее важна, чем клетки мозга как таковые. Поскольку решение выпить стакан воды возникает из этих взаимных связей между клетками мозга, было бы вполне логичным предположить, что клетки мозга связаны не только друг с другом, но и с остальными клетками человеческого организма. Средством передачи сигналов между клетками служат нервные волокна: тонкие нити, выходящие из клеток наподобие электрических проводов. Передавая электрически заряженные частицы через мембрану на одном конце нервного волокна, клетка мозга запускает электрический сигнал, который распространяется по нервному волокну. Конец первого нервного волокна соединен с другим нервным волокном и т. д. В результате происходит передача управляющего электрического сигнала по длинной цепочке клеток, входящих в состав ряда нервных волокон, от мозга к какому-либо из органов. На то, чтобы управляющий электрический сигнал, сформировавшийся в одной из клеток мозга, достиг одной из мышц вашей ноги, может понадобиться доля секунды. Примерно в то же время на другие мышцы ноги поступают скоординированные электрические сигналы (сообщения) с других нервных волокон, вследствие чего мышцы вашей ноги сокращаются, поднимая вас с дивана. Ощущение пола под ногами и изменение температуры кожи в результате совершаемого вами движения передаются по нервным волокнам обратно в мозг в виде других электрических сигналов.

В нашем теле циркулирует колоссальный объем информации, передаваемой либо по нервным волокнам в виде электрических сигналов, либо посредством химических носителей сообщений, таких как гормоны. Сочетание всевозможных органов и структур составляет единый человеческий организм. Его единство обусловлено не только общностью ресурсов, но и информацией – ее обширными, скоординированными и взаимно перекрывающимися потоками. Задолго до наступления «информационной эпохи» мы сами представляли собой сложные информационные системы.

Эта информация бывает двух видов. Первый – перемещающаяся информация: нервные и химические сигналы, которые движутся в нашем теле прямо сейчас. Но в человеческом теле также огромное количество сохраненной информации – нечто наподобие молекулярной библиотеки, сконцентрированной в нашей ДНК. В окружающем мире миллионы одинаковых атомов группируются вместе, образуя крупные агломерации стекла, сахара или воды. Но в гигантской молекуле, коей является нить ДНК, каждому атому отведено строго определенное, лишь для него одного предназначенное место, и это точное размещение отдельных атомов разных типов обеспечивает наличие своего рода алфавита. Молекулярный механизм клетки позволяет считывать этот генетический алфавит, состоящий из букв A, T, C и G, в процессе перемещения вдоль нити ДНК и использовать полученную информацию для строительства белков или регулирования деятельности клетки. Человеческое тело должно иметь гигантские размеры по сравнению с атомами, потому что каждая клетка, представляющая собой фабрику в миниатюре, сама по себе достаточно сложная структура.

Человеческое тело – огромный невероятно сложный механизм; даже отдельно взятая клетка может содержать миллиард молекул, а их в теле человека порядка 10 миллионов миллионов (1013) клеток. Человеку нужна чрезвычайно разветвленная сигнальная и транспортная система, которые бы координировали функционирование множества составных частей организма, причем следует помнить, что такая координация также требует какого-то времени. Никто из нас не обладает так называемыми молниеносными реакциями, поскольку плата за нашу потрясающую сложность – значительное время, уходящее на выполнение того или иного действия. Кратчайшее время, которое мы в состоянии оценить, – это моргание глазом, занимающее примерно треть секунды. За столь короткий отрезок внутри нас должны образоваться миллионы белков и миллиарды ионов должны диффундировать сквозь синапсы наших нервов, между тем как более простой мир, находящийся за пределами нашего тела, за то же время успевает уйти далеко вперед.