Хімічна теорія пам’яті. Продовження.
Результати, отримані при вивченні поведінки черв’яків-планарій, теж вказують на те, що РНК відіграє роль у процесі запам’ятовування. Планарія — невеликий плоский черв’як, що живе в ставках. Ця тварина володіє лише зачатками нервової системи. Тим не менш планарії здатні виробляти умовні рефлекси, подібні тим, які вперше продемонстрував В. Павлов, привчивши собаку виділяти слину при звуці дзвоника. Планарія зазвичай прагне до яскравого світла, а на подразнення електричним струмом вона реагує, стискаючись або вигинаючись. При одночасній дії світлом і струмом планарії реагують тільки на електричний розряд. А після сотні повторень вони починають стискатися, навіть якщо їх дратують тільки світлом. Інакше кажучи, планарії привчаються пов’язувати світловий сигнал з електричним розрядом і, раз засвоївши цей навик, довго його не забувають — знову придбана реакція на світло зберігається протягом багатьох тижнів.
Якщо планарію розрізати на дві половинки, то біля хвоста виростає нова голова, а у голови відростає новий хвіст. Таким чином, через чотири тижні з одного хробака виходить два нових повністю розвинених хробака. Чи дочірні черв’яки будуть пам’ятати те, чого навчився їх предок?
Як виявилося, при подразненні світлом стискається не тільки головна половинка, але і хвіст із новою головою. Це може означати тільки одне: інформація, пов’язана зі слідами запам’ятовування, була присутня і в головній частині (де знаходиться мозок) і в хвості. Найбільш просто це явище можна пояснити, припустивши, що певний хімічний носій коду може мігрувати по нервовій системі планарії. Ці висновки, опубліковані Мак Коннелом і його співробітниками, сполохали і захопили весь науковий світ і послужили поштовхом для продовження експериментів.
Згодом Джон та Мак-Коннел повідомили, який наслідок мало згодовування дрібно нарізаних навчених планарій ненавченим. Ті черв’яки-«канібали», яких годували навченими побратимами, набагато швидше починали правильно реагувати на світло, ніж ті черв’яки, які харчувалися ненавченими! Людина не може набувати знання таким шляхом: на відміну від вищих тварин планарії поглинають такі гігантські молекули, як РНК, без попереднього розщеплення їх на складові компоненти. В результаті «канібал», який харчувався навченими черв’яками (і цей процес можна продовжувати протягом декількох генерацій), засвоював неушкодженими частину «запам’ятовуючих молекул», а отже, і те, що запам’ятали планарії, які служили йому їжею.
Процес навчання планарії дуже далекий від того процесу запам’ятовування, який властивий нам. Тому висновки, отримані в результаті експериментів Дінгмэна та Спорна, можуть здатися занадто непрямими. Більш переконливі з біохімічної точки зору дослідження, виконані Хольгером Хіденом і його співробітниками в Гетеборзі (Швеція). Протягом двох останніх десятиліть Хіден досяг такої досконалості в препаруванні, що міг отримувати неушкодженими окремі нервові клітини з мозку кролика. Маніпулюючи спеціально сконструйованими крихітними інструментами з нержавіючої сталі, він навчився відокремлювати нервові клітини, які важать менше десятимільйонної частки грама, від оточуючих їх клітин — так званих гліальних.
Хіден виявив, що в нервових клітинах міститься вражаюче велику кількість РНК — в десять з гаком разів більше, ніж в гліальних клітинах. Крім того, він встановив, що процеси синтезу і руйнування РНК в нервових клітинах протікають з великою швидкістю. Більше того, виявилося, що РНК нервових клітин відрізняється за складом від гліальної РНК. Всі види РНК складаються з чотирьох основ — аденіну, гуаніну, цитозину й урацилу, — скомбінованих в різних пропорціях. Зв’язок між основами та їх чергуванням в молекулі визначає собою код, який несе на собі РНК. Порівнюючи РНК нервової клітини та гліальну РНК, Хіден встановив, що кількість аденіну та урацилу в тій і іншій приблизно однакові. У той же час нервова клітина містить пропорційно більше гуаніну і менше цитозину.
Зміни структури РНК
Дані різних експериментів підтверджують гіпотезу, згідно з якою збереження слідів запам’ятовування залежить якимось чином від РНК. Хіден висунув припущення з приводу можливого механізму цього впливу. Відповідно до його моделі, імпульси, що генеруються в сенсорних — чутливих або моторних — рухових клітинах мозку, викликають зміни в системі електричних ланцюгів. Модульовані частота послідовності електричних розрядів, що надходять в дану клітину, порушує іонну рівновагу всередині клітини, а в результаті порушується і стійкість основ молекули РНК. Це фаза перехідного, нестійкого запам’ятовування. Нестійкість РНК призводить до заміни однієї основи іншою, більш стійкою при даній частоті, з резерву тих вільних основ, які завжди присутні всередині клітини.
В результаті виникає інша кодуюча система для РНК, і, отже, починається синтез іншого, відмінного від колишнього білка. Або РНК, або білок, який синтезується з її участю, і являють собою стійкі сліди запам’ятовування. Новий білок може реагувати на ту ж саму частоту електричних сигналів-імпульсів, яка раніше визначила видозміну РНК. Ця реакція є не що інше, як розпад білка, що збуджує нервову клітину. При цьому та система електричних ланцюгів, яка раніше визначила видозміну РНК, відновлюється, мозок згадує.
У такій моделі будь-яка нервова клітина здатна зберігати необмежену кількість РНК — слідів запам’ятовування, і будь-яких слід запам’ятовування може зберігатися не більш ніж в одній клітині. Дана теорія не вимагає ні існування якоїсь єдиної в своєму роді клітини, ні сукупності специфічних зв’язків між клітинами. Нічого неймовірного з біохімічної точки зору в цій моделі немає. Все, що необхідно в даному випадку,— це присутність всередині клітини молекули РНК плюс синтезованого з її участю білка, які повинні реагувати на частоти сигналів, що надходять у клітину, ініціюючи електричний розряд. Таким чином, стають зрозумілими і стійкість і очевидна нелокалізованість слідів запам’ятовування.
Описана схема, звичайно, гіпотетична. Це один з можливих варіантів. Безумовно, знадобиться внести істотні поправки у міру накопичення експериментального матеріалу. Але важливо те, що дана модель являє собою розумну основу для таких експериментів. Принаймні, є що перевіряти. І якщо умови складуться сприятливо, то немає підстав сумніватися в тому, що проблема пам’яті буде вирішена.
Автор: Стівен Роуз, переклад з англійської.