Эволюция Homo sapiens — В-клетки и Т-клетки

Входе эволюции в развитии Homo sapiens возникла проблема. Хотя, конечно, усилия, вкладываемые в тренировку все более крупного мозга, представляются оправданными, ведь умные обезьяны имели явные преимущества при поиске пищи, в охоте и конкурентной борьбе со стаями своих соперников. Прямохождение тоже было великолепной идеей. В степях Африки, где появился первый человек, оно приносило очевидные преимущества в ориентации и общении. Кроме того, руки были свободными, что способствовало охоте и использованию инструментов.

Однако оба эти фактора развития столкнулись с природным ограничением. В результате вертикального хождения таз анатомически изменился и стал намного уже. Постоянно увеличивающаяся голова младенца не могла пройти через него при родах. Из этого последовал, как единственно возможное решение, компромисс: в то время как у всех приматов мозг при рождении практически полностью развит и имеет окончательную величину, человеческий ребенок рождается с мозгом, объем которого составляет лишь 25% от объема мозга взрослого человека.

Ни одна обезьяна не бывает при рождении настолько незрелой, как человек.

Нервные клетки у новорожденного уже есть в наличии, но им не хватает систематизации. Это — главная задача развития после рождения. В течение первых восьми месяцев жизни нейроны покрываются оболочкой, это во много раз улучшает их проводимость, и внутри мозга становятся возможными взаимосвязи. Вследствие «упаковки» нейронов в оболочки объем мозга существенно увеличивается.

В нервных клетках образуются бесчисленные синапсы — точки соединения, через которые они могут вступать в контакт с другими клетками. Если при рождении имеется около 2500 синапсов на одну нервную клетку, то к двум годам их насчитывается уже около 15 000 позиций — столько же, сколько у взрослых. У трехлетних детей в течение короткого периода количество синапсов удваивается. Постоянно возникают новые связи, но если они не используются, то уходят, и синапсы распадаются.

Существует чудесный мир возможностей, живущий в детском мозге. Ничего не дано заранее, развитие в большой мере зависит от окружающего мира. Каждое зрительное раздражение, каждый звук, каждый запах, каждое прикосновение мгновенно материализуются в закрепленных или вновь образованных нервных связях. Этот процесс не ограничивается мозгом — он связан и с кишечником, вторым по важности нервным центром нашего организма. Из всего этого развивается наше сознание — наше «Я».

Врожденная защита

Наряду с нервной системой у нас существует еще одна система, развивающаяся по такому же принципу, — иммунная. Здесь влияние окружающего мира имеет еще большее значение. Одна ветвь иммунной системы образуется во время рождения — ребенок получает от матери в качестве первой помощи в общении с незнакомым миром запас защитных веществ, которые активно противостоят возбудителям инфекции до тех пор, пока у ребенка не сформируется собственная иммунная система. Это так называемая «защита гнезда», которая действует в первые месяцы жизни, потом постепенно сокращается и больше не обновляется. Врожденная иммунная защита младенца в состоянии отличить клетки собственного организма от чужеродных, не имея непосредственного контакта с возбудителями болезней. Стратегия здесь довольно проста: каждая клетка обладает своего рода «паспортом», с которым она может осознавать свою принадлежность к единой системе организма. Если этого свидетельства нет, клетка может стать жертвой защитной реакции. Но это происходит лишь в тех случаях, когда в наличии имеется второе условие: от чужеродного объекта должна исходить какая-то опасность. Этот отличительный фактор очень важен, иначе защитная реакция не имела бы смысла, и наша иммунная система атаковала бы, скажем, наш желудок после каждого наполовину усвоенного обеда.

Если иммунные клетки встречаются с микроорганизмами, которые причисляются к нормальным «сожителям» человека, для этого применяются древние приемы распознания. Как бы молода ни была новая жизнь, ее иммунные клетки и микробы «знают» друг друга уже миллионы лет. Здесь нет потребности в объяснениях, нужно только общение. Иммунные клетки и бактерии живут в тесной взаимосвязи и воздействуют друг на друга. Должен лишь соблюдаться баланс, созданный за миллионы лет в ходе эволюции, процессы и правила которого до сих пор до конца не разгаданы.

К первой линии обороны причисляются, прежде всего, гранулоциты, которые составляют большинство белых кровяных телец. В их клеточной плазме имеется запас агрессивных субстанций, которыми они «угощают» возбудителей инфекций. Им на помощь приходят макрофаги — огромные клетки-пожиратели, которые распознают на своей поверхности вражеских интервентов и проглатывают их целиком. Внутри клеток-пожирателей «чужаки» упаковываются в маленькие, наполненные ферментами пузырьки и, как правило, перевариваются. В то же время фагоциты выделяют нейротрансмиттеры, которые содержат предупреждающую информацию для дендритных и других клеток иммунной системы. Некоторые гранулоциты пожирают и уничтожают так много бактерий, что иногда лопаются, и их содержимое с остатками микробов выливается наружу. Вытекающие при этом агрессивные ферменты разрушают окружающую ткань. «Трупы» гранулоцитов и отмершие ткани появляются в ранах в виде гноя.

Все эти защитные клетки общаются друг с другом. С помощью особых веществ — нейротрансмиттеров — они вызывают «подкрепление» и справляются с более или менее крупным воспалением. Сосуды расширяются, и защитные клетки получают свободный доступ. Одновременно с воспалением маркируется область вторжения. Интересная задача стоит перед дендритными клетками: они специализируются на том, чтобы разлагать клетки интервентов и передавать в лимфоузлы для дальнейшего анализа чужеродные белковые вещества.

Природные клетки-киллеры играют при острых инфекциях подчиненную роль, их специализация — сохранение безопасности. Они следят за порядком в собственных рядах, проверяя захваченные вирусом или измененные раковым заболеванием клетки собственного организма. При этом они ориентируются на наличие или отсутствие у больных клеток того «паспорта», который доказывает их принадлежность к организму. И если клетка не в состоянии мгновенно показать клетке-киллеру, патрулирующей свою территорию, что она здорова, она подвергается атаке и поступает в переработку.

Белые кровяные тельца почти вдвое больше своих красных собратьев, отвечающих в основном за транспортировку кислорода и не имеющих клеточного ядра. Сами они имеют гораздо более сложное строение. Белые кровяные тельца образуются в костном мозге. Они могут, подобно живым существам, самостоятельно передвигаться, их подготовка к выполнению самых разнообразных задач происходит в узлах лимфатической системы.

В целях повышения безопасности, гранулоциты и макрофаги при серьезной инфекции поднимают тревогу и выделяют особые вещества, вызывающие воспаления и повышение температуры. Затем в ход идет вторая линия обороны — постепенно шаг за шагом. При рождении ребенка эта «рука помощи» иммунной системы еще наивна и незрела, но она будет накапливать опыт в общении с инфекциями — это происходит постоянно.

Система обучения

В противоположность врожденной иммунной защите, которая, как правило, встречается даже у примитивных живых существ, «приобретенная» иммунная система возникла гораздо позднее в процессе эволюции. По сравнению с первоначальной, довольно грубой системой защиты организма она работает утонченно и состоит, по сути, из В-клеток и Т-клеток. Они названы так по месту их созревания. В-клетки развиваются в костном мозге (от англ. Bone), Т-клетки в тимусе (Timus, вилочковая железа), центральном органе лимфатической системы. Вилочковая железа располагается за грудной костью и достигает у новорожденного пяти сантиметров длины. С началом пубертатного периода она постепенно сокращается, пока окончательно не прекращает выполнять свою функцию во взрослом возрасте.

В тимусе Т-клетки в качестве будущей защиты организма приобретают оружие от миллиардов различных микробов — клеточные рецепторы. Сначала это происходит не по плану, а вследствие случайного опыта или в виде коллективного воспоминания о более ранних столкновениях с бактериями в ходе эволюции. Некоторые из этих рецепторов подходят, как ключ к замку, к клеткам собственного организма. Это значит, что вы можете автоматически реагировать на вашу собственную ткань и наносить себе урон. Поэтому их заранее останавливают регуляторные Т-клетки и сразу же убивают в тимусе. Неспособность организма остановить эти клетки может привести к аутоиммунной реакции, которая имела бы драматические последствия.

По окончании «школы тимуса» Т-клетки циркулируют в крови, пока не достигнут какого-нибудь другого органа, например селезенки, миндалин или лимфоузлов. Там они ждут серьезного случая проявить себя, образуя большие скопления. Один грамм такой ткани содержит около миллиарда защитных клеток.

Так называемая специфическая иммунная реакция как следствие какой-то инфекции начинается с выступления дендритных клеток в лимфоузлах. Они гонят обнаруженные микробы в центральные места сбора и там представляют Т-клеткам свою находку. Дендритные клетки обладают способностью среди миллионов Т-клеток отыскать именно ту, которая содержит подходящий рецептор против пригнанного ими антигена. В случае если, например, речь идет о сальмонелле, то будут активированы именно те Т-клетки, рецепторы которых специализируются на этих бактериях. Они тут же начинают расти и быстро размножаться. Из «спящих» Т-клеток они превращаются в активно помогающие Т-клетки. Одновременно эти клетки-помощники передают информацию при помощи веществ-посредников дальше — В-клеткам, которые располагаются именно в лимфоузлах.

Активированные В-клетки направляются в костный мозг. Они дозревают там до клеток плазмы и начинают массовое производство антител, которые направлены именно против сальмонелл. Клетка может произвести в секунду до 2000 этих крошечных У-образных телец. Они переносятся кровью к месту воспаления и немедленно нападают на бактерии.

На этой фазе начинается настоящая «гонка вооружений»: в то время как инфекция поражает одну клетку за другой, организм оказывает мощное сопротивление. Около трех дней требуется на то, чтобы выработка антител пошла полным ходом. Поэтому при инфекционных заболеваниях мы чувствуем первые признаки улучшения где-то на третий день.

Антитела не могут сами уничтожать интервентов, но способны нейтрализовать их, чтобы вирусы и бактерии не смогли дальше проникать в клетки и ткани. Другие антитела прикрепляются к бактериям и маркируют их для иммунной системы. Чужеродные микробы, на которых висят антитела, предстают перед клетками-пожирателями. Те, в свою очередь, разрушают маркированные таким образом бактерии. Антитела могут также маркировать поврежденные ткани собственного организма, и для клеток-киллеров эти ткани становятся материалом для уничтожения. Однако здесь кроется источник возможных ошибок, которые могут спровоцировать аутоиммунное заболевание — в том случае, если антитела по ошибке маркировали здоровые клетки.

По истечении семи-восьми дней производство Т-клеток достигает максимума, и большинство болезней, как правило, бывает преодолено. Большая часть одержавших победу Т-клеток вскоре после этого умирает, но оставшиеся клетки, как ячейки памяти, сохраняют воспоминание о враге и с этого момента следят «профессиональным» взглядом, не вернется ли старый противник. Некоторые из В-клеток тоже остаются активными в качестве ячеек памяти, чтобы снова продуцировать антитела в случае необходимости. Если подобные вирусы или бактерии вновь попытаются проникнуть в организм, они настолько быстро будут обезоружены, что мы не успеем ничего заметить. Мы приобрели против этой болезни иммунитет.

Как тесно сотрудничают наше первое и второе «Я», показывает одно открытие, ставшее сенсацией в мире медицины. Джонатан Кипнис и его сотрудники из центра нейроиммунологии Университета Вирджинии обнаружили, что за венозными каналами твердых мозговых оболочек скрываются лимфатические каналы, которые дают иммунным клеткам прямой доступ к головному и спинному мозгу. «До сих пор такие непосредственные контакты между иммунной и нервной системами всегда считались чем-то эзотерическим, — говорит Кипнис. — Но теперь учебники придется переписать».