Четыре сообщения о музыке и ритмах

Моцарт на молекулярном уровне

Давно известно, что классическая музыка благотворно влияет на самочувствие. Классику, в том числе произведения Моцарта, врачи успешно используют, дабы облегчить состояние психических и неврологических больных. Классика благозвучна и стабилизирует эмоциональную сферу. Казалось бы, ее благотворное влияние не нуждается в особых доказательствах. Однако, как выясняется, классическая музыка действует на психику и на весьма глубоком уровне.

Лет десять назад экспериментаторы из института Висконсина показали, что студенты, слушавшие сонату для двух фортепиано до мажор Моцарта, лучше справлялись со сложными заданиями, чем те, кто слушал иную (в частности, современную) музыку. Изучая причины подобных результатов, исследователи из Гарварда недавно зарегистрировали «эффект Моцарта» даже у крыс! Прослушивание мелодий Моцарта приводило к усилению экспрессии некоторых генов в гиппокампе (регуляторной области мозга) крыс и увеличению синтеза факторов роста синапсов (контактов нервных клеток). Как следствие, у крыс легче устанавливались новые связи между нейронами, и подопытные успешнее справлялись с различными испытаниями!

Остается, правда, непонятным, откуда Моцарт узнал, как надо воздействовать на гиппокамп?

 

Песня левой ноги

Значение взаимодействия соседних клеток в ткани переоценить трудно. Клетки многоклеточного организма эффективно обмениваются информацией со своими соседями. Основной канал связи при этом — химический, основанный на использовании различных сигнальных молекул. В зависимости от поступающих сигналов функционирование клеток существенно изменяется. Предположим, мы порезали палец. Клетки кожи, оказавшиеся на краю пореза, теперь больше не получают тормозящих воздействий от соседей, а, напротив, активируются продуктами их разрушения. Это вызовет деление клеток, в результате чего появятся малоспециализированные клетки. По мере заполнения «бреши» они будут специализироваться в зависимости от получаемых от соседей сигналов. Когда все клетки установят контакты друг с другом, их активность снизится. Поломка такого механизма чрезвычайно опасна. Например, если окруженные соседями клетки не прекращают размножаться, это приводит к образованию опухоли.

Кроме химических важную роль играют различные физические взаимодействия — в том числе электрические явления и поддержание мембранного потенциала. Не так давно было установлено, что клетки излучают фотоны и реагируют на их поглощение. Например, зараженная вирусом клетка может сообщить о своей беде соседям с помощью электромагнитного излучения, а те ответят на это синтезом противовирусных белков.

Эксперименты, выполненные в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, свидетельствуют, что клетки генерируют еще и звуковые волны. Их удалось уловить с помощью микроскопической иглы, касавшейся клеточной мембраны. Исследования выполнялись в основном на клетках дрожжей (одноклеточных грибов), но зарегистрированы и звуки клеток млекопитающих. «Голоса» клеток находятся в слышимом диапазоне (около 1 кГц), но очень тихи (амплитуда колебаний — около 15 диаметров атома углерода). Звучание клеток дрожжей зависит от их состояния, отличается у нормальных и мутантных особей и меняется при действии повреждающих веществ. Вероятно, раз эти звуки излучаются, они могут как-то влиять и на соседние клетки и быть еще одним каналом клеточной коммуникации. Открытие представляет и практический интерес: регистрация клеточных звуков может помочь в ранней диагностике клеточной патологии.

 

Симфонический микроб

На протяжении многих веков человеческой истории представление о том, что может считаться музыкой, изменялось в одном направлении — последовательного снижения планки. Для Пифагора и Конфуция музыка была манифестацией трансцендентного в подлунном мире. В XIX веке спорили, можно ли считать музыкой вальсы и оперетты Штрауса, потакающие неразвитым вкусам. В XX веке к категории «музыки» стали относить быструю ритмическую речь, если она произносится достаточно грубым голосом, а сочинения Штрауса превратились в классику. XXI век неизбежно должен принести что-то новое.

В Университете Западной Австралии запущен проект под названием GeneMusiK. В нем предусмотрена реализация следующей технологии. Определенный музыкальный текст превращается в последовательности нуклеотидов ДНК. Эта ДНК генно-инженерным образом встраивается в бактерий. В ходе жизнедеятельности бактерий ДНК меняется. Особого направления эти изменения не имеют — встроенный в бактерию кусок ДНК (так сказать, ген музыкальной гармонии) ей не нужен. Значит, его целостность не контролируется отбором, и в нем накапливаются хаотичные изменения. Когда исходный музыкальный текст достаточно сильно деградирует, его прочитывают и опять трансформируют в ноты.

Полученный продукт должен стать объектом продажи. Представить себе человека, получающего эстетическое наслаждение от такой музыки, нелегко — значит, потребитель должен получать удовольствие от собственной оригинальности. Обеспечить его должны подтверждающие аутентичность продукта сертификаты и капсулы, содержащие модифицированные культуры бактерий.

Страшно себе представить, что объявят музыкой в XXII веке…

 

Месье, вы сбиваете с ритма весь квартал!

Коллектив английских исследователей зарегистрировал феномен, связанный с передачей информации от цитоплазмы клеток к их ядрам, который сравнивается с использованием азбуки Морзе.

В этой работе изучалось влияние определенного вещества-регулятора на активность соответствующего гена в клетках опухоли (нейробластомы). Зарегистрировано периодическое изменение разности концентрации регулятора между цитоплазмой и ядром. Как ни удивительно, фактором, регулирующим генную активность, была именно частота колебаний, а не концентрация регулятора. Зарегистрированные изменения продолжительностью шесть часов показаны на схеме, где высота фотографии клетки отражает относительную концентрацию вещества-регулятора в ядре.

Обнаруженный феномен не является прямым аналогом использования азбуки Морзе (набора уникальных паттернов изменений отслеживаемого параметра). Аналогия связана с тем, что сигналы азбуки Морзе были избраны благодаря помехоустойчивости их передачи. Частоту колебаний какой-то величины проще определить, чем ее абсолютный уровень.

Полученный результат, несомненно, интересен и нуждается в дальнейшем осмыслении. Колебания — естественное состояние всех живых систем. Неживая система сохраняет свои параметры благодаря собственной стабильности, а живая — благодаря непрерывной регуляции параметров, сопряженной с их периодическими колебаниями. Регулируемая величина отклоняется, это отклонение регистрируют специфические рецепторы, их сигнал обрабатывается нейронными сетями, которые включают подходящие регуляторы. Обычно эти регуляторы отключаются, когда управляемая величина пройдет нормальное значение и ее надо будет возвращать обратно.

Частота (и амплитуда) колебаний являются важными характеристиками системы. Так, поддержание стоячей позы связано с периодическими колебаниями и у трезвого, и у пьяного человека. Нарушения работы нервной системы проявляются у пьяного в низкочастотных, а значит, высокоамплитудных «шатаниях», а для регистрации относительно высокочастотных колебаний трезвого человека нужна специальная техника. Биохимические параметры, влияющие на активность генов, тоже испытывают периодические колебания. Может, частота этих колебаний является не просто сигналом, но и важным диагностическим признаком?

Кстати, известно, что изменения малых доз лекарств (и средних доз токсинов) могут вызывать чередование эффектов ингибирования и стимуляции. Возможно, причина такого эффекта состоит в изменении частоты вызываемых этими веществами регуляторных колебаний. Колебания концентраций регуляторов накладываются на колебания процессов, которыми они управляют, ведь чтобы зарегистрировать частоту одного периодического процесса, нужно сравнить ее с другим периодическим процессом. Эти сочетания могут быть гармоничными или нет, погашать друг друга или вызывать биения… Может, пора применить к изучению клеточной активности пифагорейские представления о музыкальной гармонии?

---

Д. Шабанов. Моцарт на молекулярном уровне // Компьютерра, М., 2004. – № 31–32 (555–556). – С. 14
Д. Шабанов. Песня левой ноги // Компьютерра, М., 2004. – № 26–27 (550–551). – С. 11–12
Д. Шабанов. Симфонический микроб // Компьютерра, М., 2005. – № 1–2 (573–574). – С. 14–15
Д. Шабанов. Месье, вы сбиваете с ритма весь квартал! // Компьютерра, М., 2005. – № 3 (575)