Химическая теория памяти. Продолжение.
Результаты, полученные при изучении поведения червей-планарий, тоже указывают на то, что РНК играет роль в процессе запоминания. Планария — небольшой плоский червь, обитающий в прудах. Это животное обладает лишь зачатками нервной системы. Тем не менее планарии способны вырабатывать условные рефлексы, подобные тем, которые впервые продемонстрировал И. Павлов, приучив собаку выделять слюну при звуке колокольчика. Планария обычно стремится к яркому свету, а на раздражение электрическим током она реагирует, сжимаясь или изгибаясь. При одновременном действии светом и током планарии реагируют только на электрический разряд. А после сотни повторений они начинают сжиматься, даже если их раздражают только светом. Иначе говоря, планарии приучаются связывать световой сигнал с электрическим разрядом и, раз усвоив этот навык, долго его не забывают — вновь приобретенная реакция на свет сохраняется на протяжении многих недель.
Если планарию разрезать на две половинки, то у хвоста вырастает новая голова, а у головы отрастает новый хвост. Таким образом, через четыре недели из одного червя получается два новых полностью развитых червя. Будут ли дочерние черви помнить то, чему был обучен их предок?
Как оказалось, при раздражении светом сжимается не только головная половинка, но и хвост с вновь отросшей головой. Это может означать только одно: информация, связанная со следами запоминания, присутствовала и в головной части (где находится мозг) и в хвосте. Наиболее просто данное явление можно объяснить, предположив, что некоторый химический носитель кода может мигрировать по нервной системе планарии. Эти выводы, опубликованные Мак Коннелом и его сотрудниками, всполошили и восхитили весь научный мир и послужили толчком для продолжения экспериментов.
Впоследствии Джон и Мак Коннел сообщили, какое последствие имело скармливание мелко нарезанных обученных планарий необученным. Те черви-«каннибалы», которых кормили обученными собратьями, гораздо быстрее начинали правильно реагировать на свет, нежели те черви, которые питались необученными! Человек не может приобретать знания таким путем: в отличие от высших животных планарии поглощают такие гигантские молекулы, как РНК, без предварительного расщепления их на составные компоненты. В результате «каннибал», который питался обученными червями (и этот процесс можно продолжать на протяжении нескольких генераций), усваивал неповрежденными часть «запоминающих молекул», а следовательно, и то, что запомнили планарии, служившие ему пищей.
Процесс обучения планарии очень далек от того процесса запоминания, который свойствен нам. Поэтому выводы, полученные в результате экспериментов Дингмэна и Спорна, могут показаться слишком косвенными. Более убедительны с биохимической точки зрения исследования, выполненные Хольгером Хиденом и его сотрудниками в Гетеборге (Швеция). На протяжении двух последних десятилетий Хиден достиг такого совершенства в препарировании, что мог извлекать неповрежденными отдельные нервные клетки из мозга кролика. Манипулируя специально сконструированными крошечными инструментами из нержавеющей стали, он научился отделять нервные клетки, весящие менее десятимиллионной доли грамма, от окружающих их клеток — так называемых глиальных.
Хиден обнаружил, что в нервных клетках содержится поразительно большое количество РНК — в десять с лишним раз больше, чем в глиальных клетках. Кроме того, он установил, что процессы синтеза и разрушения РНК в нервных клетках протекают с большой скоростью. Более того, оказалось, что РНК нервных клеток отличается по составу от глиальной РНК. Все виды РНК состоят из четырех оснований — аденина, гуанина, цитозина и урацила, — скомбинированных в различных пропорциях. Связь между основаниями и их чередованием в молекуле определяет собой код, который несет на себе РНК. Сравнивая РНК нервной клетки и глиальную РНК, Хиден установил, что количества аденина и урацила в той и другой примерно одинаковы. В то же время нервная клетка содержит пропорционально больше гуанина и меньше цитозина.
Изменения структуры РНК
Данные различных экспериментов подтверждают гипотезу, согласно которой сохранение следов запоминания зависит каким-то образом от РНК. Хиден выдвинул предположение по поводу возможного механизма этого влияния. Согласно его модели, импульсы, генерируемые в сенсорных — чувствительных или моторных — двигательных клетках мозга, вызывают изменения в системе электрических цепей. Модулированная частота последовательности электрических разрядов, поступающих в данную клетку, нарушает ионное равновесие внутри клетки, а в результате нарушается и устойчивость оснований молекулы РНК. Это фаза переходного, неустойчивого запоминания. Неустойчивость РНК приводит к замене одного основания другим, более устойчивым при данной частоте, из резерва тех свободных оснований, которые всегда присутствуют внутри клетки.
В результате возникает иная кодирующая система для РНК, и, следовательно, начинается синтез иного, отличного от прежнего белка. Либо РНК, либо белок, который синтезируется с ее участием, и представляют собой устойчивые следы запоминания. Новый белок может реагировать на ту же самую частоту электрических сигналов-импульсов, которая ранее определила видоизменение РНК. Эта реакция есть не что иное, как распад белка, возбуждающий нервную клетку. При этом та система электрических цепей, которая ранее определила видоизменение РНК, восстанавливается, мозг вспоминает.
В такой модели любая нервная клетка способна хранить неограниченное количество РНК — следов запоминания, и любой из следов запоминания может храниться более чем в одной клетке. Данная теория не требует ни существования какой-то единственной в своем роде клетки, ни совокупности специфических связей между клетками. Ничего невероятного с биохимической точки зрения в этой модели нет. Все, что необходимо в данном случае,— это присутствие внутри клетки молекулы РНК плюс синтезируемого с ее участием белка, которые должны реагировать на частоты сигналов, поступающих в клетку, инициируя электрический разряд. Таким образом, становятся понятными и устойчивость и очевидная нелокализованность следов запоминания.
Описанная схема, конечно, гипотетична. Это один из возможных вариантов. Безусловно, понадобится внести существенные поправки по мере накопления экспериментального материала. Но важно то, что данная модель представляет собой разумную основу для таких экспериментов. По крайней мере, есть что проверять. И если условия сложатся благоприятно, то нет оснований сомневаться в том, что проблема памяти будет решена.
Автор: Стивен Роуз, перевод с английского.