Если безголовый червь может заново отрастить память, тогда где же она хранится? А если память может восстанавливаться, можно ли её перенести?
Изучение памяти всегда было странной темой, стоявшей в науке особняком. В 1950-е годы никому не известный профессор психологии Джеймс Макконнел из Мичиганского университета попал в заголовки газет (став в итоге чем-то вроде знаменитости), проведя серию экспериментов над планариями – пресноводными плоскими червями. Они восхищали Макконнела не только потому, что обладали, по его словам «нервной системой истинно синаптического типа». Также они «имели невероятные способности к регенерации. При лучшем раскладе можно разрезать червя на множество частей, до 50 штук», и каждая из них восстановится в «нетронутый и полностью функционирующий организм».
В ранних экспериментах Макконнел обучал червей на манер Павлова, комбинируя удары током с мигающим светом. В итоге черви начали реагировать на один только свет. А потом, когда он разрезал одного из червей пополам, случилось нечто интересное. Голова одного из них отрастила хвост, и по понятным причинам сохранила воспоминания об обучении. Удивительно, что хвост, отрастивший голову и , тоже сохранил память об обучении. Но если безголовый червь может заново отрастить память, тогда где же она хранится, задумался Макконнел. А если память может восстанавливаться, можно ли её перенести?
Возможно. Шведский нейробиолог Хольгер Хюден в 1960-е предположил, что память хранится в клетках нейронов, а конкретно в РНК – вспомогательной молекуле, получающей инструкции от ДНК и связывающей рибосомы вместе для создания белков – строительных кирпичиков жизни. Макконнел, заинтересовавшись работами Хюдена, попытался установить наличие гипотетической молекулы, которую он назвал «РНК памяти», прививая части тел обученных планарий на тела необученных. Он пытался передать РНК от одного червя к другому, но столкнулся с трудностями с приживанием привитых частей. В результате он перешёл к «более зрелищному типу передачи тканей – проглатыванию». Планарии удачно оказались каннибалами, поэтому Макконнелу оставалось лишь размалывать обученных червей и скармливать их необученным. У планарий нет кислот и ферментов, полностью разрушающих еду, поэтому он надеялся, что некоторые РНК смогут интегрироваться в едоков.
Невероятно, но Макконнел сообщил, что поглощение обученных червей приводило к появлению новых знаний у необученных. В других экспериментах он обучал планарий проходить через лабиринты, и даже разработал технологию извлечения РНК у обученных червей, чтобы вводить её в необученных для передачи воспоминаний от одного животного к другому. В 1988 году Макконнел ушёл на пенсию, и постепенно пропал с радаров, а его работы были преданы забвению, и сохраняются где-то на полях учебников в качестве забавной поучительной истории. Многие учёные просто предположили, что беспозвоночных типа планарий обучать нельзя, и отмахнулись от работ Макконнела. Некоторые работы Макконнел публиковал в собственном журнале Worm Runner’s Digest [что-то типа «Вестника гоночного червя», при том, что слово digest переводится и как «сборник, вестник», и как «переваривать пищу» / прим. перев.] вместе с научно-фантастическим юмором и комиксами. В итоге особого интереса к воспроизведению его экспериментов не наблюдалось.
Тем не менее, в последнее время работы Макконнела начали активно оживать. Их подхватывают инновационные учёные – например, Майкл Левин, биолог из университета Тафтса, специализирующийся на регенерации конечностей. Он воспроизвёл эксперименты по обучению планарий поиска выхода из лабиринта в модернизированном и автоматизированном варианте. Планарии тоже обрели новую популярность – после того, как Левин отрезал у червя хвост и подал на срез биоэлектрический ток, в результате чего червь отрастил вместо хвоста ещё одну голову. Левин впоследствии получил за это забавное прозвище «молодой Франкенштейн». Также Левин отправлял 15 кусочков червя в космос, один из которых неожиданно вернулся с двумя головами. Левин с коллегами писали: «удивительно, что после повторного разрезания этого червя в воде он вновь дал фенотип с двумя головами».
Дэвид Гланцман, нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, ведёт ещё одну многообещающую исследовательскую программу. Недавно она живо напомнила эксперименты Макконнела с памятью – хотя вместо планарий Гланцман использовал аплизий, моллюсков, любимых нейробиологами из-за относительно простой нервной системы. Аплизии, которых также называют морскими зайцами – это гигантские морские слизняки, выбрасывающие чернильную жидкость, и плавающие при помощи кружевных волнообразных крыльев.
В 2015 году Гланцман проверял теорию памяти, описанную в учебнике: память хранится в синапсах, соединяющих нейроны. Его команда пыталась создавать и стирать память аплизии, периодически ударяя моллюска электрическими разрядами. Целью было заставить его продлить рефлекторное движение втягивания сифонообразной дыхательной трубочки, расположенной между жабрами и хвостом. После обучения учёные увидели, как между сенсорным нейроном, воспринимающим прикосновения, и моторным нейроном, запускающим втягивание трубочки, появились новые синапсы. Увеличившееся после обучения количество связей между нейронами, казалось, подтверждало теорию хранения памяти в синаптических связях. Команда Гланцмана попыталась стереть эту память, разрушив синаптические связи между нейронами. После того, как члены команды Гланцмана «напомнила» моллюскам об обучении очередным разрядом, они с удивлением обнаружили, как между нейронами вырастают новые, другие синаптические связи. После этого моллюски вели себя так, будто они помнят сенсибилизирующее обучение, которое ранее вроде бы забыли.
Синаптические связи, появившиеся в результате обучения, исчезли, а на их месте выросли новые, и совершенно другие. Гланцман подумал: если память сохранилась после такого изменения в синапсах, то, возможно, память вообще хранится не в них. Эксперимент напомнил сюжет из фильма "Вечное сияние чистого разума", где бывшие любовники в попытке забыть друг друга проходят через сомнительную процедуру стирания памяти, но оказывается, что она исчезает не бесследно. Где-то в глубине сознания они хранят план: встретиться в Монтоке. Фильм как бы говорит, что память никогда не исчезает бесследно, что всегда можно вернуться назад, даже к вроде бы уже забытым людям и местам.
Несмотря на причудливо карикатурное изображение науки, связанной с памятью, фильм «Вечное сияние», возможно, наткнулся на правильную гипотезу
Но если воспоминания не хранятся в синаптических связях, где они хранятся? Непопулярная гипотеза Гланцмана состоит в том, что они могут храниться в ядрах нейронов, где последовательности ДНК и РНК составляют инструкции жизненным процессам. Последовательности ДНК фиксированы и не меняются, поэтому большая часть адаптируемости организма заключена в гибких эпигенетических механизмах. Это процессы, управляющие экспрессией генов в ответ на стимулы окружающей среды – иногда с участием РНК. Если представить ДНК в виде нотных тетрадей, то эпигенетические механизмы, идущие посредством РНК – это импровизационные вставки и аранжировки; именно они могут заниматься обучением и запоминанием.
Может быть, воспоминания живут в эпигенетических изменениях, вызванных РНК – этой импровизационной молекулой, создающей белковые адаптации жизни. Команда Гланцмана вернулась к своим аплизиям и два дня обучала их продлять рефлекс втягивания трубочки. Затем они разрезали их нервные системы, извлекли РНК, занимавшиеся формированием памяти об обучении, и ввели их необученным аплизиям, которых испытали на следующий день. Команда Гланцмана обнаружила, что РНК от обученных доноров вызвала обучение, а РНК от необученных никак не повлияла на поведение моллюсков. Они перенесли память, частично, но совершенно определённо, от одного животного другому. И у них есть убедительные свидетельства того, что за перенос отвечала РНК.
Теперь Гланцман считает, что синапсы нужны для активации памяти, но сама она кодируется в ядре нейрона посредством эпигенетических изменений. «Это как пианист без рук, — говорит Гланцман. – Он знает, как играть Шопена, но для реализации этих воспоминаний ему нужны руки».
Ту же картину рисует работа Дугласа Блакистона, учёного из Алленовского центра открытий при университете Тафтса, изучавший память у насекомых. Ему хотелось узнать, сможет ли бабочка вспомнить что-либо из своей жизни в виде гусеницы, поэтому он подвергал их воздействию этилацетата, за которым следовал удар током. Приобретя отвращение к этилацетату, гусеницы окуклились, и после вылупления взрослых бабочек через несколько недель их проверили на наличие памяти. Удивительно, но взрослые бабочки вспомнили всё – но как? Ведь гусеница, перед тем, как превратиться в бабочку, становится супом из цитоплазмы. «Преображение получается катастрофическим, — говорит Блакистон. – Ведь мы переходим от ползающей машины к летающей. Не только тело, но и весь перестраивается».
Довольно сложно изучать, какие именно процессы идут в организме во время окукливания. Однако подмножество нейронов гусеницы может сохраняться в т.н. грибовидных телах – паре структур, отвечающих за обоняние, которые у многих насекомых располагаются рядом с антеннами. Иначе говоря, часть структуры сохраняется. «Это не суп, — говорит Блакистон. – Ну, в принципе, суп, но с кусочками». Во время окукливания нейроны почти полностью удаляются, а оставшиеся полностью отрезаются от всех остальных. Синаптические связи рассасываются, а потом соединяются с другими нейронами во время преобразования в бабочки. Блакистон, как и Гланцман, приводит аналогию с руками: «Будто бы нейроны из небольшой группы держались за руки, а потом отпустили друг друга и начали двигаться, после чего соединились с другими нейронами в новом мозге». Если память где и хранилась, то Блакистон считает, что она хранилась в подмножестве нейронов, расположенном в грибовидных телах – единственный из известных материалов, передаваемых от гусеницы к бабочке.
В итоге, несмотря на причудливо карикатурное изображение науки, связанной с памятью, фильм «Вечное сияние», возможно, наткнулся на правильную гипотезу. Во-первых, Гланцман и Блакстон считают, что в их экспериментах таятся хорошие новости для страдающих от болезни Альцгеймера. Во-вторых, возможно, получится восстанавливать разрушенные нейронные связи, чтобы нейроны смогли найти обратную дорогу к потерянным воспоминаниям – возможно, под руководством подходящей РНК.
Автор: Вячеслав Голованов
