Страница 4 из 6
Способна ли эволюция объяснить их существование? Нет. Нервный импульс и Биоэлектрический потенциал действие Нервная клетка бесполезна, если она не выполняет функции проведения нервного сигнала вдоль себя, а затем дальше к соседнему нейрону. Как только раздражитель (стимул) достигает дендритического ветвистого отростка нервной клетки, должен существовать механизм, который продвигает этот сигнал далее вдоль самoй нервной клетке.
Более чем двести лет назад итальянский учёный Луиджи Гальвани обнаружил, что нервные импульсы внутри нейрона содержат электрический компонентом (смотрите Боринг, 1950). Этот электрический компонент обычно называют биоэлектрическим потенциалом. Первые опубликованные данные о биоэлектрическом потенциале, который был измерен внутриклеточным электродом в аксоне гигантского кальмара, появились в 1939 (смотрите Ходкин и Хаксли).
Сегодня нервные клетки можно опознать по их специфической электрической активности, и учёные с успехом регистрируют данные из нейронов в живых человеческих организмах. Нейроны обладают биоэлектрическим потенциалом на их мембранах. В клеточных мембранах нейронов находятся тысячи каналов (известные также как ионные каналы), которые пропускают определённые ионы.
Например, плотность натриевых каналов в аксоне гигантского кальмара составляет 300 на квадратный микрон (смотрите Хиль, 1984, стр. 210). Кто-то, должно быть, спросит, как именно появились эти каналы? И как они могут работать так быстро, плавно и слажено? Обычно большинство этих каналов находятся в закрытом состоянии. Наличие каналов, которые позволяют клетке пропускать определённые ионы, не всегда полезно.
Зачем вообще появились эти ион-характерные каналы с самого начала? [Кроме того, следует отметить, что нервные клетки имеют также другой вид канала между ядром и цитоплазмой, который позволяет вновь созданным белкам выходить из ядра.] Нужно ли предполагать, что нестандартный белок в клеточной мембране каким-то образом эволюционировал в канал? Как заметил Майкл Бихи: "Это то же самое, как если бы кто-нибудь спросил, могут ли деревянные балки, которые находятся в стене, шаг за шагом, следуя теории Дарвина, посредством маленьких мутаций, превратиться в дверь со сканером" (1996, стр. 111).
Тем не менее, эти каналы необходимы для образования биоэлектрического потенциала. В 1970 году Бертил Хиль смог подтвердить роль натриевых и калиевых потоков в биоэлектрических потенциалах действия. (Хиль, 1970). Начальная стадия биоэлектрического потенциала происходит тогда, когда натриевые каналы широко открыты, позволяя, таким образом, положительно заряженным ионам натрия протекать внутрь клеточной мембраны.
Этот поток ионов натрия требует присутствия определённых белков внутри нейрона, известных как натриево-калиевые насосы, которые специально открывают натриевые каналы, пропуская положительно заряженные ионы натрия внутрь клетки. Обычное количество натриевых насосов в нейроне составляет приблизительно 1000 насосов на квадратный микрон (Виллис и Гросман, 1981, стр. 36).
Открытие натриевых каналов позволяет внутренней части клетки временно иметь электрический заряд, более положительный, чем заряд вне клетки. (Это явление известно как деполяризация). В то же самое время калий выкачивается из клетки в попытке реполяризовать клетку (т.е. восстановить исходный потенциал мембраны). Это объединенное действие депроляризации и реполяризации является биоэлектрическим потенциалом.
Этот непрерывный наплыв прибывающего натрия, за которым следует вытекание калия, является самораспространяющимся процессом, т.е. как только он начался, сразу следует следующий участок (или перехват) вдоль мембраны. Этот процесс продолжает происходить вдоль нейрона. Ему также способствуют миелиновые оболочки и перехваты Ранвье. В каждой точке "перехвата" находятся от 1000 до 2000 потенциалозависимый натриевых каналов на квадратный микрон (Нолт, 1999, стр. 163).
Интересно то, что между перехватами существует только 25 потенциалозависимый натриевых каналов на квадратный микрон (стр. 163). Может ли теория эволюции объяснить не только происхождение перехватов Ранвье, но также и то, как эти каналы эволюционировали, а затем наросли вокруг каждого перехвата, чтобы распространять нервные сигналы? Любое объяснение, которое исключает разумный дизайн, обречено на провал.
СЛЕВА: Потенциалзависимый ионный канал в закрытом состоянии до изменений потенциала. СПРАВА: Потенциалзависимый ионный канал открылся, когда изменения клеточной мембраны меняют направление для прохода ионов. У нейронов есть определённые пороговые уровни, которые должны быть достигнуты до того, как наступает биоэлектрический потенциал.
Если раздражитель не достаточно сильный для достижения этого порогового уровня, то биоэлектрический потенциал не стимулирует нейрон передавать нервный импульс. Таким образом, обычно считается, что нервы следуют принципу "всё-или-ничего", означая, что раздражитель или вызывает импульс или не вызывает. Рассматривая домино как аналогию, первую кость домино в линии необходимо толкнуть достаточно сильно, чтобы она могла упасть, и, таким образом, свалить вторую кость домино.
Если порог не достигнут на первой кости, то ни одна кость в линии не упадёт. При этом, вся эта активность просто проводит информацию по самому нейрону. В каком-то месте она должна переходить к соседнему нейрону, чтобы она могла передаваться дальше по этой цепи. Синапс Нервные клетки проводят информацию, как химическим образом, так и с помощью электричества.
Электрический компонент возникает внутри самoй нервной клетки (как уже обсуждалось ранее) по мере того, как электрический заряд распространяется по аксону. Химическая передача сигналов возникает на месте контакта между нейронами, называемого синапсом. Было подсчитано, что количество синапсов в коре головного мозга составляет приблизительно 0.15 квадрильон – единица с 24 нулями (
смотрите Паккенберг и Гандерсен, 1997, стр. 312). "Типичный" нейрон содержит от 1 000 до 10 000 синапсов. В этом разделе мы кратко рассмотрим процесс, который происходит в синаптической щели. СЛЕВА: Потенциалзависимый ионный канал в закрытом состоянии до принятия химического нейромедиатора. СПРАВА: Потенциалзависимый ионный канал в закрытом состоянии после принятия химического нейромедиатора.
Основной путь, по которому нервные клетки связываются друг с другом и по которому нервные импульсы проводятся из одной части тела в другую, осуществляется с помощью нейромедиаторов. В окончании аксона находятся пузырьки, которые содержат различные нейромедиаторы. Когда биоэлектрический потенциал действия достигает конца аксона (окончание аксона)
, пузырьки высвобождают особенные нейромедиаторы в щель между двумя клетками. Предполагается, что каждый синаптический пузырёк состоит из 5000 молекул нейромедиатора (Кандел и соавторы, 2000, стр. 277). Стивен Ротман отметил: "Пузырёк - это любая структура, окружённая мембраной и обнаруженная в клетке, которая действует как пузырёк для переноса молекул с одного места в другое.
Есть четкое осознанием того, что пузырьки движутся направленным образом, и, как результат этого, они переносят вещества, которые находятся в них" (2002, стр. 147, слова курсивом присутствуют в оригинальном тексте, слова выделенным шрифтом были добавлены). Но перемещение чего-либо "направленным образом" указывает на дизайнера и на то, что это результат разумного замысла, а не случая.
Мы уже установили, что разные нейромедиаторы необходимы для различных функций в синапсах. Развивался ли каждый из этих нейромедиаторов самостоятельно? Подумайте также о том, что эти нейромедиаторы хранятся в синаптических пузырьках до того момента, пока они не потребуются. Но как те пузырьки попали туда? И откуда они знают, когда именно они могут понадобиться и какие нейромедиаторы они должны переносить?
И как именно все эти пузырьки переносятся в окончание аксона? Майкл Бихи изучал эту сложную систему, когда отметил следующее: "Молекулярные машины перевозят груз из одного места в клетке к другому по "магистралям", сделанным из других молекул, в то время как другие спокойно выполняют функцию кабеля, тросов и блоков для того, чтобы поддерживать клетку в форме" (1996, стр. 4).