Даже сегодня многие биологи, скорее всего, не знают всей истории биоэлектричества. Когда в 1995 году Мустафа Джамгоз из Имперского колледжа в Лондоне, занимавшийся исследованиями в области онкологии, впервые выдвинул теорию о роли электрических сигналов в развитии рака, коллеги открыто отвергли его идею. И даже сегодня, когда работа Джамгоза получает все более широкое признание, ему часто приходится заново объяснять свои результаты – и начинать с нуля, поскольку иногда одна и та же концепция очевидна для одного ученого, а для другого представляется научной фантастикой.

Эта ситуация отражает некоторую косность в структуре науки: биологи занимаются биологией, оставляя исследования электричества физикам и инженерам. Они даже говорят на разных языках. “Если вы учились на биолога, возможно, у вас был один семестр физики, а может быть, и нет, – комментирует биофизик и специалист в области рака Ричард Нуччителли. – И вы даже не касались электроинженерии”. Не говоря уже об информатике. Может показаться, что это очевидное и нормальное разделение труда, но в результате студенты-физики знают о Тесле и переменном токе, но не о биоэлектричестве в своих собственных телах, а студенты-биологи не знают ни о том, ни о другом. Эта негласная установка, согласно которой каждая область должна “оставаться в своих рамках”, тормозила развитие биологии и науки в целом на протяжении десятилетий. Теперь нам нужны новые рамки, чтобы поместить разные электрические параметры тела под одну крышу и изучать их совместно и согласованно.

Давайте назовем эти параметры электромом.

Идентификация генома и микробиома позволила возвести важнейшие ступени на пути к пониманию всей сложности биологии, и некоторые ученые полагают, что теперь пришло время дать определение электрома – электрических параметров и свойств клеток и образованных ими тканей, а также электрических сил, с которыми, как выясняется, связаны все аспекты жизнедеятельности. Подобно тому, как расшифровка генома позволила установить принципы кодирования в нашей ДНК такой информации, как цвет глаз, так, по мнению специалистов по биоэлектричеству, расшифровка электрома поможет выявить многоуровневые системы коммуникации в нашем теле и позволит нам их контролировать.

Эксперименты последних десяти или пятнадцати лет показали, что мы можем не только расшифровать этот код, но и научиться его переписывать. Исследователи ищут способы направленного воздействия на внутриклеточные электрические цепи, ответственные за все процессы жизнедеятельности – от заживления ран до регенерации и памяти. Например, когда здоровые клетки превращаются в раковые, их электрические сигналы очень сильно изменяются. А восстановление нормального электрического профиля заставляет их возвращаться к исходному состоянию и вновь становиться здоровыми клетками. Другие эксперименты показывают, что некоторые картины электрической активности мозга создают специфический сенсорный опыт, который может быть записан и переписан. Использование этой функции позволило бы создавать более продвинутые протезы, которые человек мог бы ощущать, как собственную кожу. Если клетки действительно передают какие-то сообщения с помощью электричества, расшифровка этого биоэлектрического кода может разрешить некоторые проблемы, которые не удается побороть с помощью уже испробованных генетических и химических методов. Мы как будто вскроем электрическую схему нашего тела и перепрограммируем ее по собственному желанию.

Подобные манипуляции с биоэлектричеством на самом фундаментальном уровне могут привести к невероятным результатам. Сможем ли мы достаточно хорошо интерпретировать эти коды, чтобы исправить нашу биологию в случае поломки? Некоторые специалисты в области биоэлектричества заявляют даже, что понимание логики этого “ПО”^[9] позволит программировать наше тело и разум, как компьютер. Они рассматривают целый спектр возможностей: редактирование электрического кода человека для усиления интеллекта, перепрограммирование беспокойных личностей, восстановление ампутированных конечностей или полная перестройка шаблона тела. Если мы действительно электрические, должна существовать возможность программировать нас на клеточном уровне.

Но что произойдет, если мы будем использовать знания об электроме для усовершенствования наших способностей вместо того, чтобы избавляться от рака? Разработка технологии редактирования генома CRISPR вызвала волну беспокойства по поводу “дизайна детей”, и возможность редактировать электрический код приведет к аналогичным последствиям. В одном исследовании за счет манипуляций с электромом на коже лягушки были созданы функциональные глаза, в другом был выращен двухголовый червь^[10]. Есть очевидная корреляция между электромом и формой тела – от червя до лягушки и человека, – так что нам нужно провести еще очень много исследований, прежде чем кто-то сможет вырастить себе третий глаз, чтобы поразить социальные сети.

Кроме того, в исследованиях биоэлектричества очень часто возникает опасность соскользнуть в сторону смутного, но ощутимого соблазна представить человека в качестве обладателя несовершенной телесной плоти, улучшить которую можно только с помощью добавления и замены “железа” и “программного обеспечения”. Как будто в один прекрасный день мы вверим наше сознание безупречным небесам кремниевых облачных сервисов. Где границы усовершенствования или изменения человека? Кто будет контролировать правила перестройки электрической схемы тела? А что, если военные министерства всех стран начнут тренировать своих солдат так же, как я тренировалась в Калифорнии?

Эта книга поможет понять суть биоэлектричества – в мозге и в нервной системе, где его роль известна уже давно, но также и в более неожиданном контексте, о котором мы узнаем только сейчас. Я расскажу, как искусственное электричество помогает понять работу биологического. Вы встретитесь с учеными, которые преодолевают рамки искусственной электростимуляции и переходят к созданию новых имплантируемых устройств, способных “разговаривать” с нашим телом на его родном языке, – от роботов на основе лягушачьих клеток до новых электронных имплантатов из хитина креветки. Если мы собираемся манипулировать человеческим телом, мы должны делать это как минимум на его собственных условиях, установившихся за миллионы лет эволюции, а не с помощью изобретенных нами шлемов. Мы вышли на новую ступень в исследованиях биоэлектричества. “В области биоэлектричества мы сейчас находимся на таком этапе, на котором была астрономия, когда Галилей изобрел телескоп”, – говорит Джамгоз, который занимается исследованиями рака и пытается заглянуть в область неизведанного. Если XIX век называли веком электричества, XXI век может войти в историю как век биоэлектричества.

Часть 1
Начала биоэлектричества

Помни: гибель героя – предлог для его бытия.

Гибель героя последним рождением станет.

Райнер Мария Рильке, “Элегия первая”^[11]

Обычно трудно целиком воссоздать историю возникновения какой-то современной ситуации, исходя из сложной смеси культурных и хронологических фактов. Но противоречивое отношение к биоэлектричеству совершенно очевидно вызвано цепью причинно-следственных связей: это и жестокая битва, способствовавшая разграничению науки на составляющие ее современные дисциплины, и противостояние биологов и физиков в смертельной схватке, в конечном итоге определившей победителя за право приватизации электричества. Биологи проиграли, физики выиграли, и последствия сказывались на развитии науки на протяжении двух сотен лет. Этот раскол на глубочайшем уровне определил отношение следующих поколений ученых к роли электричества в биологии.

Глава 1
Искусственное и животное: Гальвани, Вольта и борьба за электричество

Алессандро Вольта был чрезвычайно удивлен. Он держал в руках только что напечатанную работу, автор которой утверждал, что разгадал древнейшую тайну: какое вещество протекает через тела всех живых существ и определяет любое их движение и намерение?

Ответ – электричество.

Вольта – сухощавый подвижный человек, любивший роскошные высокие воротники, с непослушной густой черной шевелюрой, беспрестанно атаковавшей лоб, – был готов проверить заявление автора. Чуть больше десяти лет назад, в 1779 году, он получил должность руководителя отдела экспериментальной физики в Университете Павии, после того как создал новый инструмент, являвшийся готовым источником статического электричества. Это изобретение было взято на вооружение многими учеными (и предвосхитило появление устройства, сохранившего имя Вольты для истории), но их негромких разрозненных аплодисментов Вольте было недостаточно. Он жаждал новых похвал. Он этого заслуживал. Он двигался вверх, посещал самые важные научные центры и создал влиятельную сеть протекции, состоявшую не только из ученых, но и из политиков и других представителей высших слоев итальянского общества. Он готов был провозгласить себя одним из мировых авторитетов в изучении противоречивого, нового, модного и загадочного явления электричества.

Электричество было (и остается) природной силой, загадки которой тогда только начинали интересовать научный мир. Никто толком не понимал суть этих невидимых токов. Небесное электричество било и иногда убивало людей; и все еще не был решен вопрос, не та же ли это сила, которая позволяет некоторым рыбам оглушать своих жертв. В то время электричество только-только выходило из разряда забавных фокусов и смехотворных измышлений (например, считалось, что мужчины с большим зарядом электричества производят искры при сексуальном контакте). Лишь незадолго до этого появились первые простейшие инструменты, позволившие перейти от диких предположений к серьезному научному исследованию и эксперименту. Изобретателей этих устройств в XVIII веке можно сравнить с современными рок-звездами. Среди них был и Вольта, снискавший репутацию восходящей звезды среди ученых, превращавших тайны электричества в эмпирические истины. Некоторые коллеги-физики называли его “Ньютоном электричества”^[12]. И вот теперь автор статьи анатом Луиджи Гальвани заявлял, что обнаружил биологический вариант электричества.

Гальвани был нелюдимым мужланом из той части Италии, где лишь недавно появились инструменты, позволившие включиться в быстро развивавшиеся научные исследования. Рукопись этого набожного акушера была написана очень простым языком. И этот человек утверждал, что обладает высшими знаниями о предмете, в котором еще не разобрались величайшие умы в мире философии и науки!

Из рукописи было ясно, что Гальвани понимал размах своего заявления. “Мы не могли предположить, что судьба будет настолько благосклонна, что позволит нам быть первыми, кто коснулся электричества, спрятанного в нервах”, – писал он в предисловии с волнением и предчувствием^[13]. На самом деле эти слова Гальвани стали впоследствии причиной многих его несчастий.

Почему же заявление Гальвани о том, что тело оживляется каким-то видом электричества, вызвало такое возмущение? Чтобы понять причину негодования Вольты, нужно знать, что в конце 1700-х годов биология чрезвычайно сильно отставала от физики.

Научная революция в Европе перевернула представление ученых о физическом мире, сбросив оковы признанных догм и заменив их проверяемыми законами и предиктивными уравнениями. Коперник и Галилей сместили нашу планету из центра мироздания в непримечательный уголок космоса. Кеплер открыл законы движения планет вокруг Солнца, занявшего теперь центральное положение. Благодаря этому Ньютон вывел закон гравитации и объяснил падение тел на Земле.