Четыре сообщения о музыке и ритмах

Моцарт на молекулярному рівні
Давно відомо, що класична музика благотворно впливає на самопочуття. Класичну, зокрема твори Моцарта, лікарі успішно використовують, аби полегшити стан психічних і неврологічних хворих. Класика благозвучна і стабілізує емоційну сферу. Здавалося б, її благотворний вплив не потребує особливих доказів. Однак, як виявляється, класична музика діє на психіку і на дуже глибокому рівні.
Близько десяти років тому експериментатори з інституту Вісконсину показали, що студенти, які слухали сонату для двох фортепіано до мажору Моцарта, краще справлялися зі складними завданнями, ніж ті, хто слухав іншу (зокрема сучасну) музику. Досліджуючи причини подібних результатів, дослідники з Гарварду нещодавно зафіксували «ефект Моцарта» навіть у щурів! Прослуховування мелодій Моцарта призводило до підвищення експресії деяких генів у гіпокампі (регуляторній області мозку) щурів і збільшення синтезу факторів росту синапсів (контактів нервових клітин). Як наслідок, у щурів легше встановлювалися нові зв’язки між нейронами, і піддослідні успішніше справлялися з різними випробуваннями!
Залишається, правда, незрозумілим, звідки Моцарт дізнався, як треба впливати на гіпокамп?

Пісня лівої ноги
Значення взаємодії сусідніх клітин у тканині переоцінити важко. Клітини багатоклітинкового організму ефективно обмінюються інформацією зі своїми сусідами. Основний канал зв’язку при цьому — хімічний, заснований на використанні різних сигнальних молекул. Залежно від сигналів, що надходять функціонування клітин суттєво змінюється. Припустимо, ми порізали палець. Клітини шкіри, що опинилися на краю порізу, тепер більше не отримують гальмуючих впливів від сусідів, а, навпаки, активуються продуктами їх руйнування. Це викличе поділ клітин, в результаті чого з’являться малоспеціалізовані клітини. У міру заповнення «бреші» вони будуть спеціалізуватися залежно від отримуваних від сусідів сигналів. Коли всі клітини встановлять контакти один з одним, їх активність знизиться. Поломка такого механізму надзвичайно небезпечна. Наприклад, якщо оточені сусідами клітини не припиняють розмножуватись, це призводить до утворення пухлини.
Окрім хімічних важливу роль відіграють різні фізичні взаємодії — зокрема електричні явища і підтримання мембранного потенціалу. Не так давно було встановлено, що клітини випромінюють фотони і реагують на їх поглинання. Наприклад, заражена вірусом клітина може повідомити про свою біду сусідам за допомогою електромагнітного випромінювання, а ті відповісти на це синтезом противірусних білків.
Експерименти, виконані в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, свідчать, що клітини генерують ще й звукові хвилі. Їх вдалося уловити за допомогою мікроскопічної голки, що торкалася клітинної мембрани. Дослідження виконувалися в основному на клітинах дріжджів (одноклітинних грибів), але зафіксовані і звуки клітин ссавців. «Голоси» клітин знаходяться в чутному діапазоні (близько 1 кГц), але дуже тихі (амплітуда коливань — близько 15 діаметрів атома вуглецю). Звучання клітин дріжджів залежить від їх стану, відрізняється у нормальних і мутантних особин і змінюється при дії пошкоджуючих речовин. Ймовірно, раз ці звуки випромінюються, вони можуть якимось чином впливати і на сусідні клітини і бути ще одним каналом клітинної комунікації. Відкриття має і практичний інтерес: реєстрація клітинних звуків може допомогти в ранній діагностиці клітинної патології.

Симфонічний мікроб
Протягом багатьох століть людської історії уявлення про те, що може вважатися музикою, змінювалося в одному напрямку — послідовного зниження планки. Для Піфагора і Конфуція музика була манифестацією трансцендентного у підлунному світі. У XIX столітті сперечалися, чи можна вважати музикою вальси і оперети Штрауса, що підгодовують нерозвинуті смаки. У XX столітті до категорії «музика» почали відносити швидку ритмічну мову, якщо вона вимовляється достатньо грубим голосом, а твори Штрауса перетворилися на класику. XXI століття неминуче має принести щось нове.
У Університеті Західної Австралії запущено проєкт під назвою GeneMusiK. У ньому передбачено реалізацію наступної технології. Певний музичний текст перетворюється в послідовності нуклеотидів ДНК. Ця ДНК генно‑інженерним шляхом вбудовується в бактерії. У процесі життєдіяльності бактерій ДНК змінюється. Особливого напрямку ці зміни не мають — вбудований у бактерію фрагмент ДНК (так сказати, ген музичної гармонії) їй не потрібен. Отже, його цілісність не контролюється відбором, і в ньому накопичуються хаотичні зміни. Коли вихідний музичний текст достатньо сильно деградує, його читають і знову трансформують у ноти.
Отриманий продукт має стати об’єктом продажу. Уявити собі людину, що отримує естетичне задоволення від такої музики, нелегко — значить, споживач має отримувати задоволення від власної оригінальності. Забезпечити його мають підтверджуючі автентичність продукту сертифікати і капсули, що містять модифіковані культури бактерій.
Страшно собі уявити, що оголосять музикою у XXII столітті…

Месьє, ви збиваєте з ритму весь квартал!
Колектив англійських дослідників зафіксував феномен, пов’язаний з передачею інформації від цитоплазми клітин до їх ядер, який порівнюється з використанням азбуки Морзе.
У цій роботі вивчалося вплив певної речовини‑регулятора на активність відповідного гена в клітинах пухлини (нейробластоми). Зафіксовано періодичну зміну різниці концентрації регулятора між цитоплазмою і ядром. Як ни дивно, фактором, що регулює генну активність, була саме частота коливань, а не концентрація регулятора. Зафіксовані зміни тривалістю шість годин показані на схемі, де висота фотографії клітини відображає відносну концентрацію речовини‑регулятора в ядрі.

Виявлений феномен не є прямим аналогом використання азбуки Морзе (набору унікальних патернів змін відстежуваного параметра). Аналогія пов’язана з тим, що сигнали азбуки Морзе були обрані завдяки їх стійкості до перешкод. Частоту коливань якоїсь величини простіше визначити, ніж її абсолютний рівень.
Отриманий результат, безсумнівно, цікавий і потребує подальшого осмислення. Коливання — природний стан усіх живих систем. Нежива система зберігає свої параметри завдяки власній стабільності, а жива — завдяки безперервній регуляції параметрів, пов’язаної з їх періодичними коливаннями. Регульована величина відхиляється, це відхилення реєструють специфічні рецептори, їх сигнал обробляється нейронними мережами, які включають відповідні регулятори. Зазвичай ці регулятори вимикаються, коли керована величина проходить нормальне значення і її треба буде повернути назад.
Частота (і амплітуда) коливань є важливими характеристиками системи. Так, підтримання стоячої пози пов’язане з періодичними коливаннями і у тверезого, і у п’яного людини. Порушення роботи нервової системи проявляються у п’яного у низькочастотних, а отже, високоамплітудних «шатаннях», а для реєстрації відносно високочастотних коливань тверезого людини потрібна спеціальна техніка. Біохімічні параметри, що впливають на активність генів, теж зазнають періодичних коливань. Можливо, частота цих коливань є не просто сигналом, а важливим діагностичним показником?
До речі, відомо, що зміни малих доз ліків (і середніх доз токсинів) можуть викликати чергування ефектів інгібування і стимуляції. Можливо, причина такого ефекту полягає у зміні частоти викликаних цими речовинами регуляторних коливань. Коливання концентрацій регуляторів накладаються на коливання процесів, якими вони керують, адже щоб зареєструвати частоту одного періодичного процесу, треба порівняти її з іншим періодичним процесом. Ці поєднання можуть бути гармонійними або ні, погашати один одного або викликати бієння… Можливо, час застосувати до вивчення клітинної активності піфагорійські уявлення про музичну гармонію?

D. Shabanov. Mozart na molekularnomu rivni // Kompyuterrа, M., 2004. – № 31–32 (555–556). – S. 14
D. Shabanov. Pisnya livoyi nohy // Kompyuterrа, M., 2004. – № 26–27 (550–551). – S. 11–12
D. Shabanov. Symfonichnyj mikrob // Kompyuterrа, M., 2005. – № 1–2 (573–574). – S. 14–15
D. Shabanov. Monsieur, vy sbivaete z rytmu vesʹ kvartal! // Kompyuterrа, M., 2005. – № 3 (575)