Почему нам больно от горячего и холодного?
На первый взгляд, у горячего металла чайника и кубика льда нет ничего общего. Но эти два объекта могут причинять боль. Сильное тепло и сильный холод оказывают на кожу человека крайне неприятное воздействие — это мы знаем с детства. Но что мы узнали совсем недавно, так это что мозг почти одинаково воспринимает эти температурные крайности. Мы зачастую думаем, что именно кожа — и нервы, которые в ней имеются, — напрямую отвечает за чувство прикосновения, однако то, что биологи называют "соматосенсорной системой", на самом деле включает более широкий спектр чувств.
Среди них, конечно, есть прикосновение само по себе, то есть распознавание механических раздражителей кожи, но также проприоцепция, то есть способность ощущать ориентацию и положение тела, и ноцицепция, которая отвечает за способность организма выявлять вредные раздражители. Чувство боли — это ответ организма на ноцицепцию.
Каким бы ни был болевой стимул — механическим, химическим или термическим — ноцицепция побуждает нас избавиться от него. Суньте руку в огонь — и вы ощутите жжение, которое заставит ваше тело вынуть руку из огня как можно быстрее. Это не самое приятное чувство — боль, — но она доказывает, что ваше тело старается держать вас в безопасности. Потеряете способность чувствовать боль — и будет очень плохо.
"Основной принцип", говорит нейробиолог Университета Дьюка Йорк Грандл, "таков, что сенсорные нейроны, которые имеются повсюду в вашем теле, имеют набор каналов, которые непосредственно активируются холодными или горячими температурами". Изучая генетически модифицированных мышей в течение последних пятнадцати лет, ученые смогли доказать, что эти каналы — белки, встроенные в стенки нейронов, — непосредственно участвуют в восприятии температуры.
Лучше всего изученный канал TRPV1 отвечает на сильное тепло. TRPV1 обычно не активируется, пока раздражитель не достигнет температуры 42 градуса, которую люди и мыши обычно рассматривают как мучительно жаркую. Как только ваша кожа достигает этого порога, канал активизируется, активирует весь нерв и в мозг передается простой сигнал: ой!
"С холодом, в принципе, применяются такие же механизмы", объясняет Грандл, за исключением того, что фигурирует белок TRPM8, который активируется, когда просто становится холодно, не обязательно сильно холодно.
Остается еще TRPA1, который является, пожалуй, наименее изученным классом этих белков. В то время как исследователи обнаружили, что он активируется в ответ на чрезвычайно холодные раздражители, непонятно, принимает ли он участие в самом процессе обнаружения этих раздражителей.
Все вместе три этих белка — TRPV1, TRPM8 и TRPA1 — позволяют коже определять температуры в диапазоне и телу — реагировать соответствующе. И поскольку это ноцицепторы, работа этих белков в том, чтобы помогать вам избегать определенных температур, а не искать их. Мыши с дефективными версиями рецептора TRPM8, например, больше не избегали холодных температур. Это значит, что мыши — и, возможно, мы — не занимаются активным поиском приятных температур. Вместо этого они активно избегают чрезвычайного тепла и холода, предпочитая теплую, спокойную среду.
Хотя ученые определили тепловые границы, при которых эти TRP-рецепторы становятся активными, это не означает, что их нельзя смодулировать. В конце концов, теплый душ может быть нестерпимо горячим, если вы обгорели не солнышке. "Было показано, что это обусловлено тем, что воспаление кожи делает чувствительным канал TRPV1", говорит Грандл, "понижая порог, при котором эти нервы передают болевые ощущения в мозг".
Но температура — не единственное, что активирует эти рецепторы; растения тоже. Вас может и не удивить то, что TRPV1, который активируется чрезвычайным теплом, также активируется капсаицином, который наделяет острый перчик его остротой. А TRPM8 отвечает на охлаждающую силу ментола, который имеется в листьях мяты. TRPA1 также называют "рецептором васаби", благодаря тому, что он активируется жгучими компонентами горчичных растений.
Как у растений появились химические вещества, которые активируют рецепторы, обычно активируемые температурой? Молекулярный биолог Университета Вашингтона Аджай Дака объясняет, что капсаицин ничего не делает с TRPV1 у рыб, птиц или кроликов, но активирует этот же рецептор у людей и грызунов. "Возможно, растения выработали капсаицин, чтобы какие-нибудь животные их не поедали, оставили в покое", но при этом растения были съедобны для других созданий. Вполне возможно, подобные механизмы привели к эволюции ментола и горчицы.
Другими словами, эти любопытные отношения между растениями и температурами могут отражать глубокую эволюционную историю скорее растений, нежели животных. Возможно, растения нашли способ взламывать возможности обнаружения температуры в наших телах, а затем подделали компоненты, активирующие болевые рецепторы.
Поэтому тот факт, что мы истекаем потом, поедая аджику с хреном, не связан с каким-либо свойством, присущим перцу, а лишь с тем, что капсаицин и тепло активируют нервы кожи одинаково.
Пользуясь рецептором, настроенным на вредные раздражители, эти растения нашли подлый способ избегать участи быть пожранными… пока мы не нашли способ наслаждаться больно обжигающей острой пищей и поливать все горчичкой. Так что в следующий раз, когда вы заметите, что вас буквально разорвал мощный перчик чили, воспользуйтесь моментом и задумайтесь, что происходящее является результатом миллионов лет эволюционного сражения между растениями и животными. Сражения, в котором мы, вроде бы, побеждаем (но это не точно).
