7.1 Походження свідомості: народження протосвідомості

Головна ／ Розділ 7: Різні міркування

I. Чотири умови найменшої петлі свідомості

Ми визначаємо «найменшу свідомість» як петлю, яку можна експериментально перевірити й потенційно спростувати, і яка одночасно виконує чотири умови: відчувати, зберігати короткочасно, обирати та приносити користь собі. Мовою Теорії енергетичних філаментів (EFT) — «філамент», «море», «густина» і «напруження» — кожен крок спирається на конкретний фізичний механізм. Далі вживаємо лише назву Теорія енергетичних філаментів.

1. Відчувати: записувати зовнішні відмінності на межі

• Значення: Структура реагує по-різному залежно від сили, напряму приходу або типу подразника.
• Схема «філамент/море»: Клітинна мембрана — це орієнтована «філаментна» межа, а внутрішня та зовнішня рідини утворюють «море». Коли надходить світло, хімічні речовини або зсувні потоки, мембранне напруження і кривина переписуються; керовані канали — фактично «майже порогові ворота» — отримують імовірність відкриття, що залежить від напряму. Це і є «відчувати».

2. Зберігати: коротко утримувати те, що щойно відбулося

• Значення: Після завершення стимулу система не миттєво повертається до нуля; невелика затримка дає змогу наступній відповіді «пам’ятати» попередню.
• Фізична основа: Відбій мембранного напруження потребує часу; канали десенсибілізуються і відновлюються; вторинні месенджери (наприклад, кальцієві йони, циклічні нуклеотиди) спадають зі своїми часовими шкалами. Так «записаний стан» коротко зберігається — це «зберігати».

3. Обирати: перетворювати «збереження» на зсув імовірності для наступного кроку

• Значення: Серед кількох здійсненних відповідей система надає перевагу одній.
• Реалізація: Напрямний або пороговий зсув у ймовірності відкриття каналів, у поверхневому натягу, поверхневі потоки типу Марагоні, робоча точка йонних насосів і частота помахів джгутиків перетворюють «пам’ять» на різницю в імовірності вибору. Це «обирати».

4. Користь для себе: обраний зсув підвищує виживання або виграш

• Значення: Вибір приносить користь самій системі (наближення до ресурсів, уникнення шкоди, підтримання гомеостазу), отже статистично збільшує шанси виживання або контакту з ресурсами. Це «користь для себе».

Правило оцінки: Усі чотири умови необхідні. Саме відчуття або пасивне повернення до рівноваги ще не свідомість; лише коли петля «відчувати–зберігати–обирати–користь для себе» замкнена в роботі, ми говоримо про протосвідомість.

II. Реальність одноклітинних: від фототаксису до хемотаксису

Зелені водорості, евгленіди та інші одноклітинні стабільно демонструють фототаксис; багато бактерій і амеби демонструють хемотаксис. У межах чотирьох умов механізми стають предметними.

1. Фототаксис: спрямоване світло перетворюється на спрямовану різницю напруження

• Відчувати:
  • Світлочутливі молекули в мембранах або білках каналів (наприклад, канали, подібні до родопсину, і протонні насоси) перетворюють інтенсивність і напрям світла на трансмембранні градієнти та локальне переписування напруження.
  • У багатьох одноклітинних є «тіньова пляма» або геометрична полярність завдяки пігментним гранулам під мембраною, тож «звідки приходить світло» дає асиметричну відповідь мембрани.
• Зберігати:
  • Світлокеровані канали мають часи інактивації та відновлення.
  • Низхідні кальцієві сигнали, циклічні нуклеотиди й протонні градієнти природно згасають.
  • Цитоскелет і мембрана пружно відновлюються із затримкою. Разом це дає «коротку пам’ять».
• Обирати:
  • Клітини переводять щойно записаний зсув у поведінку через різниці в помахах джгутиків, напрямках росту псевдоподій, керуванні йонними насосами та метаболічному «гейтингy».
  • У нерухомих клітин поверхневі мембранні потоки й зміни імовірності адгезії–десорбції схиляють ріст/подовження на один бік.
• Користь для себе:
  • Рух у зону зі сприятливим світлом означає краще енергозабезпечення і менше фотопошкоджень; перевага проявляється довшою стійкістю та вищою імовірністю поділу.
  • Для типів, що уникають сильного світла, логіка працює обернено — все одно «користь для себе».
• Підсумовуючи: Фототаксис — не «таємнича реакція», а видимий ланцюг: світло → різниця напруження → «гейтинг» → коротка пам’ять → зсув у русі/«гейтингу».

2. Хемотаксис: хімічні градієнти переписують напруження та «гейтинг»

• Відчувати: Рецептори або канали відповідають на різниці концентрації ліганда, створюючи асиметрію мембранного напруження й електрохімічних градієнтів.
• Зберігати: Адаптація/десенсибілізація рецепторів, затухання сигнальних каскадів і пружне відновлення комплексу мембрана–цитоскелет забезпечують коротку пам’ять.
• Обирати: Перемикання напряму обертання джгутиків, зміна імовірності прилипання й асиметричне видовження псевдоподій реалізують пам’ять як вибір.
• Користь для себе: Легше входити в поживні зони й уникати токсинів; зростають шанси на виживання та розмноження.
• Світло проти хімії: Відмінність лише в тому, який «пакет хвилі/стимул» переписує напруження; структура петлі однакова.

3. Чому «саме світло» ще не означає свідомість
   Світло — це пакет збурення напруження й може переписати розподіл напруження мембрани. Однак для «фототактичної свідомості» потрібні три додаткові складові:

• Трандукційний ланцюг, що перетворює світло на різницю напруження (фототермічно, фотохімічно або фотоелектрично — зазвичай через світлочутливі молекули).
• Невелика геометрична полярність (тіньова пляма, нерівномірний розподіл каналів або асиметрична кривина), щоб «напрям приходу» став «різницею відповіді».
• Коротка пам’ять і виконавець (десенсибілізація/відбій + рух або «гейтинг»), які перетворюють «збереження» на «вибір».
  Коли всі три присутні, з’являється протосвідомість; якщо будь-якої бракує, лишається щонайбільше пасивне відчуття або релаксація — цього замало.

III. Мінімальний перевірюваний прототип: примітивна ліпідна везикула + механочутливі канали

1. Як вирішити, що «найпростішу свідомість» уже сформовано (для експерименту й роздумів)

• Відчувати: За стимулів однакової амплітуди, але різних напрямів виникають напрямні відмінності в «гейтингу» каналів, індикаторах мембранного напруження та векторах мікроміграції.
• Зберігати: У подвійно-імпульсних тестах друга відповідь залежить від першої й затухає з часом.
• Обирати: Після «запису» помітна статистично значуща зсувність вибору між кількома рівносильними входами.
• Користь для себе: У мікросередовищі з ресурсами й інгібіторами цей зсув підвищує імовірність виживання або контакту з ресурсами.
  Лише виконання всіх чотирьох умов замикає петлю; одна–дві не дають підстав вважати це протосвідомістю.

2. Конструкція прототипу: замкнена ліпідна везикула з рідкими механочутливими каналами в мембрані («майже порогові пори», що легше відкриваються за мембранного напруження та спрямованого зсуву).
   Один оберт петлі подій:

• Відчувати: Спрямовані збурення — осмотичний градієнт, зсувна течія, локальне нагрівання або локальне «підтягнення» світлом — сильніше натягують один бік мембрани, відкриваючи там більше механочутливих каналів.
• Зберігати: Канали, що щойно відкрилися, десенсибілізуються; мембранне напруження і кривина відновлюються із затримкою. Локальні пороги тимчасово змінюються, залишаючи коротку пам’ять.
• Обирати: Різниця «гейтингу» породжує різниці в потоках йонів/дрібних молекул і в поверхневих течіях, що створює спрямований мікрозсув або внутрішню конфігурацію «гейтингу» зі зсувом.
• Користь для себе: Такий зсув частіше веде везикулу до м’якшої осмолярності й поживних речовин або геть від ушкоджень; зростають шанси на виживання та контакт із ресурсами.
  Прототип не потребує нейронів чи складних метаболічних мереж; межа (мембрана), ворота (канали), коротка пам’ять (десенсибілізація/відбій) і виконавці (поверхневі течії/перерозподіл потоків або мікроміграція) достатні, щоб виконати всі чотири умови — це «міст від нуля до одиниці».

3. Експериментальні маршрути

• Механосенсорний маршрут («напруження → „гейтинг“ → коротка пам’ять → вибір»):
  • Компоненти: гігантські одновісні везикули (GUV), механочутливі канали (наприклад, MscL/MscS), індикатори мембранного напруження (фарби/форма), йонні/флуоресцентні маркери (Ca²⁺, pH).
  • Операції: Спрямоване розтягнення мембрани мікрофлюїдикою або мікропіпеткою (зсув/негативний тиск); фіксація послідовності перше відкриття → десенсибілізація/відновлення → повторна стимуляція (коротка пам’ять). У каналах із градієнтом — спостереження спрямованого мікрозсуву або виграшу внутрішньої стабільності.
  • Критерії: Напрямозалежні пороги відкриття, виразна гістереза подвійного імпульсу та вимірюваний виграш у виживанні/збереженні вмісту.
• Фотосенсорний маршрут («світло → напруження/електрохімія → „гейтинг“ → вибір»):
  • Компоненти: GUV, світлокеровані насоси/канали (наприклад, бактеріородопсин і світлобрамковані канали), індикатори pH/потенціалу/кальцію й м’яка «тіньова» полярність (субмембранні частинки/патерноване освітлення).
  • Операції: Спрямоване освітлення для створення локальних різниць напруження/електрохімії; стеження за анізотропним відкриттям каналів і мембранними потоками. Після вимкнення світла — вимір повільного відновлення (коротка пам’ять). У світлових градієнтах — порівняння імовірності спрямованого зсуву та стабільності внутрішнього середовища (користь).

IV. Підсумовуючи (п’ять речень для запам’ятовування)

• Протосвідомість — не містика, а фізична петля з чотирьох кроків: відчувати, зберігати, обирати та отримувати користь для себе.
• Клітинна мембрана — природна платформа для меж і «воріт»: «море» переносить енергію, «філамент» надає форму, «густина» забезпечує матеріал, а «напруження» задає напрям і часову шкалу.
• Фототаксис і хемотаксис мають спільну петлю: зовнішні відмінності записуються в мембранне напруження та «гейтинг»; коротка пам’ять переносить «попередній такт» у «наступний»; виконавці перетворюють це на вибір.
• Щойно ці чотири кроки з’єднуються, одноклітинний організм уже демонструє найпростішу форму свідомості; нейрони тут не визначальні.
• Від цієї «найменшої цеглини» — додаючи ворота, подовжуючи пам’ять і розширюючи зв’язування — постають вищі форми свідомості як масштабування й оркестрації тієї самої фізики.