«Третье состояние» между жизнью и смертью: обладают ли клетки человека собственным сознанием

Остановка сердца и прекращение работы головного мозга традиционно считаются окончанием жизни человека или животного. В этот момент организм как единое целое перестает существовать. Однако на микроскопическом уровне процессы угасают постепенно. Внутри тела остаются миллиарды живых клеток. Они продолжают потреблять питательные вещества, поддерживать внутреннее давление, вырабатывать энергию и считывать генетическую информацию еще несколько часов или даже дней.

Если эти клетки извлечь из тела и поместить в чашку с теплой питательной жидкостью, их поведение меняется. Лишившись управляющих сигналов, которые раньше поступали от головного мозга, нервов и гормональной системы, клетки не погибают. Они начинают соединяться друг с другом и выстраивать новые структуры, которые способны двигаться и реагировать на внешние раздражители.

Биологи называют это явление «третьим состоянием». Это не жизнь исходного организма и не его окончательная биологическая смерть, а отдельная форма существования, в которой клетки формируют новые многоклеточные образования с совершенно другими функциями.

Это открытие разделило научное сообщество на два лагеря. Часть исследователей заявляет, что клетки обладают базовым интеллектом и способны принимать самостоятельные решения. Другие ученые утверждают, что в основе этого процесса лежат давно изученные законы биохимии, а использование понятий «разум» и «сознание» по отношению к клеткам ненаучно и вводит в заблуждение.

Как создают живых микророботов: ксеноботы и антроботы

Первые искусственные организмы такого типа появились в 2020 году в лаборатории Университета Тафтса при участии специалистов Института Висса в Гарварде. Биологи взяли стволовые клетки кожи и сердечной ткани у эмбрионов гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis). Ученые полностью очистили эти клетки от всех химических веществ, которые направляли их развитие внутри эмбриона, и поместили их в чистую водную среду.

Лишенные внешних инструкций клетки начали прилипать друг к другу. Через несколько дней они самостоятельно сформировали плотные шарообразные структуры размером меньше миллиметра. Эти структуры ученые назвали «ксеноботами».

Самым неожиданным оказалось то, что эти шарики начали активно плавать. На их поверхности находились микроскопические волоски — реснички. В теле взрослой лягушки или человека такие реснички покрывают внутреннюю поверхность дыхательных путей и неподвижно колеблются в одну сторону, чтобы выталкивать наружу пыль и слизь. Но на поверхности круглого ксенобота эти же самые волоски начали согласованно бить по воде. Сила их ударов толкала весь клеточный комок вперед. Ксеноботы научились плавать по кругу, огибать преграды и сгребать разбросанные по дну чашки микрочастицы в небольшие группы.

Позже исследователи провели такой же эксперимент с клетками человека, взятыми из тканей дыхательных путей взрослых доноров. Полученные структуры назвали «антроботами». Они вели себя похожим образом: объединялись в группы, начинали синхронно двигать ресничками и перемещались в лабораторной посуде.

Важно подчеркнуть, что исследователи не меняли ДНК этих клеток. Генетический код остался точно таким же, каким был в организме лягушки или человека. Клетки не мутировали. Они просто использовали свои стандартные биологические механизмы в новой ситуации, когда рядом не оказалось других тканей, диктующих им привычные правила поведения.

Эксперимент с нейроботами: внедрение нервной ткани

В феврале 2024 года в журнале Advanced Science биологи из Тафтса и Гарварда опубликовали отчет о следующем шаге в своих исследованиях. Они решили проверить, что произойдет, если добавить в исходную конструкцию ксенобота клетки, которые в будущем должны были стать нейронами.

Авторы работы хотели выяснить, смогут ли эти клетки развиться в функциональную нервную ткань внутри искусственного микроорганизма и повлияет ли это на его движения.

Результаты эксперимента подтвердили эту возможность:

1. Развитие клеток. Клетки-предшественники самостоятельно превратились в зрелые нейроны прямо внутри плавающего комка ткани.
2. Создание контактов. Нейроны выпустили длинные отростки — аксоны и дендриты, соединились друг с другом и образовали рабочие синапсы.
3. Электрическая активность. Внутри ксенобота возникла сеть, которая начала вырабатывать регулярные электрические импульсы.

Получившиеся структуры назвали «нейроботами». Они стали крупнее исходных версий и начали двигаться по более сложным траекториям. Их перемещения перестали быть прямолинейными: они меняли скорость, останавливались и поворачивали в разные стороны.

Чтобы проверить, действительно ли за эти маневры отвечает созданная нервная сеть, ученые провели химический тест. Они добавили в воду вещество пентилентетразол. Это соединение блокирует тормозные сигналы в нервной системе и у животных вызывает мышечные спазмы и судороги.

Как только препарат попал в раствор, поведение нейроботов резко изменилось. Их движения стали быстрыми, резкими и хаотичными. Это прямо доказало: нервная сеть внутри искусственного организма действительно управляла сокращением и работой ресничек на его поверхности. Простые группы клеток смогли самостоятельно собрать рабочую систему управления движением без какого-либо генетического вмешательства со стороны человека.

Теория клеточного сознания: почему некоторые ученые видят здесь интеллект

Способность клеток менять свое поведение и подстраиваться под новые условия привела некоторых биологов к выводу, что традиционный взгляд на клетку устарел. Одним из главных защитников этой позиции стал эволюционный биолог и врач Уильям Миллер, соавтор книги «The Sentient Cell» (2023 год).

Миллер развивает теорию клеточной основы сознания (Cellular Basis of Consciousness). Он утверждает, что способность обрабатывать информацию, делать выбор и решать задачи присутствует на самом базовом уровне биологии — внутри каждой отдельной клетки.

По мнению Миллера, общепринятая теория эволюции уделяет слишком много внимания жесткому генетическому контролю. В стандартной биологии считается, что ДНК полностью определяет форму и функции организма, а выживание строится на постоянной конкуренции между особями. Миллер предлагает противоположный взгляд:

• Гены — это не жесткая программа, а справочник инструкций. Клетка сама определяет, какие участки ДНК ей нужно прочитать в конкретный момент времени, основываясь на температуре, давлении и химическом составе среды.
• Основа жизни — сотрудничество, а не борьба. Клетки объединяются в огромные организмы из десятков триллионов элементов, потому что совместная работа позволяет надежнее защищаться от внешних угроз и эффективнее распределять энергию.
• Клетка сохраняет независимость. Когда организм погибает, клетки не теряют способности решать базовые задачи: искать питательные вещества, соединяться с соседями и перемещаться в пространстве.

Биолог Майкл Левин, под руководством которого были созданы первые ксеноботы, объясняет, почему большинству людей трудно принять идею клеточного интеллекта:

«Человеческий мозг устроен так, что мы способны замечать проявления интеллекта только у тех объектов, которые сопоставимы с нами по размеру и двигаются с понятной для нас скоростью в обычном трехмерном пространстве. Если поведение разворачивается на микроскопическом уровне или требует очень много времени, человек склонен считать его простой механической реакцией».

Сторонники теории считают, что ксеноботы наглядно показывают: клетки обладают собственной субъектностью. Они не просто пассивно подчиняются командам тела, а способны самостоятельно находить новые способы существования, когда старые правила перестают работать.

Аргументы скептиков: почему это обычная биохимия, а не разум

Большинство академических биологов не разделяет энтузиазма по поводу «клеточного сознания». В 2024 году группа известных ученых опубликовала в научном журнале EMBO Reports открытое письмо с критикой теории Уильяма Миллера и его единомышленников.

Один из авторов письма, профессор физиологии растений Линкольн Тайз из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, заявил, что в поведении ксеноботов нет ничего принципиально нового для науки.

Тайз привел прямые факты из истории биологии:

1. Клеточные культуры известны более 75 лет. Ученым давно известно: если взять клетки из любого живого органа, разъединить их и поместить в лабораторную посуду, они начинают вести себя иначе, чем внутри тела. Они могут менять форму, начинать делиться или выделять другие белки.
2. Адаптация не равна сознанию. В дикой природе существует множество примеров, когда ткани меняют форму под воздействием внешних факторов. Например, когда насекомое откладывает яйцо в лист дерева и выделяет химические вещества, ткань листа начинает разрастаться вокруг личинки и образует плотный защитный нарост — галл. Этот нарост состоит из клеток растения, но защищает личинку насекомого. Биологи не называют это «третьим состоянием жизни» или «разумом растения». Это стандартная химическая реакция клеток на раздражитель.
3. Эмбриональные ткани всегда обладают гибкостью. В эмбриологии с середины двадцатого века изучают так называемые «анимальные шапочки» — группы клеток раннего зародыша, которые при изоляции способны превращаться в самые разные типы тканей. Ксеноботы — это современный вариант тех же самых опытов.

Второй соавтор критического письма, биолог Венди Энн Пир из Мэрилендского университета, указывает на фундаментальное нарушение правил научного метода.

Научная гипотеза обязана быть фальсифицируемой. Это значит, что должен существовать четкий эксперимент, способный доказать ее ошибочность. Но если сторонники теории клеточного сознания называют «принятием решений» абсолютно любое химическое взаимодействие, любое движение ресничек и любое изменение формы клетки, эту гипотезу в принципе невозможно проверить или опровергнуть.

В классической нейробиологии сознание определяют строго: это свойство развитой нервной системы и головного мозга, способных собирать сигналы от органов чувств, строить целостную картину мира и переживать субъективный опыт. У отдельной клетки нет рецепторов, памяти и нервных центров, сопоставимых с мозгом, поэтому называть ее поведение «осознанным» некорректно.

Какую пользу эти исследования принесут медицине

Научный спор о терминах не отменяет практической ценности экспериментов. Умение управлять поведением свободных клеток открывает конкретные возможности для прикладной медицины:

• Адресная доставка лекарств внутри тела. Антроботов можно создавать из собственных клеток пациента — например, взяв соскоб с внутренней стороны щеки или из дыхательных путей. Поскольку это родные клетки человека, иммунная система не станет атаковать их. Такие микроботы смогут перемещаться по кровеносным сосудам, находить очаги воспаления и высвобождать лекарство прямо в цель, не повреждая здоровые ткани.
• Очищение сосудов. Искусственные структуры из клеток способны механически счищать атеросклеротические бляшки со стенок сосудов или собирать микроскопические тромбы, снижая риск инфарктов и инсультов.
• Восстановление нервной ткани. Опыт с нейроботами показал, как именно нервные клетки связываются в рабочую сеть без управляющих сигналов от целого организма. Эти данные помогут разработать методы лечения тяжелых травм позвоночника и головного мозга, при которых необходимо заставить разорванные нервные волокна снова прорасти навстречу друг другу и восстановить передачу импульсов.
• Заживление сложных ран. Помещая группы модифицированных клеток на поврежденные участки кожи или внутренних органов, врачи смогут ускорять регенерацию без образования грубых рубцов.

Границы между жизнью, смертью и технологиями

Исследования ксеноботов, нейроботов и антроботов меняют базовые представления о том, как устроена биологическая материя.

Раньше считалось, что клетка внутри многоклеточного существа способна выполнять строго одну задачу: клетка кожи защищает поверхность, мышечная клетка сокращается, а нейрон передает сигналы. Эксперименты доказали, что даже у взрослых специализированных клеток сохраняется скрытый запас гибкости. Оказавшись вне тела, они способны перестраивать свою работу, осваивать новые механические функции и заново выстраивать связи с соседями.

Смерть сложного организма больше нельзя рассматривать как мгновенное прекращение всех жизненных процессов. Это сложный переходный период, во время которого клетки освобождаются от общего системного контроля и переходят в автономный режим.

Спор между сторонниками клеточного сознания и приверженцами классической биохимии останется актуальным еще долгие годы. Но независимо от того, какими словами исследователи описывают этот феномен — «разумным выбором» или «химической реакцией на внешнюю среду», биология подошла к важному этапу. Человечество учится не просто рассматривать клетки в микроскоп, а собирать из них функциональные биологические устройства, способные спасать человеческие жизни.