Молекулярная биология в зеркале памяти

 

В 1943 году было сделано одно из самых замечательных открытий в молекулярной биологии — получено строгое экспериментальное доказательство того, что полимер, который давно уже обнаружили в живых клетках — дезоксирибонуклеиновая кислота — ДНК, отвечает за передачу наследственных свойств. Сейчас это открытие стало рядовым фактом школьного учебника по биологии, а тогда, когда оно было сделано, — только начиналась азартная охота за молекулярными структурами гена.

Для генетической, наследственной памяти природа использовала нуклеиновую кислоту. Но почему бы этой «удобной» для памяти молекулой не воспользоваться организму для записи следов событий, происходящих в его жизни?

В том же 1943 году шведский гистохимик («гисто» — ткань) Г. Хиден открыл, что при возбуждении нервной системы в нервных клетках увеличивается накопление и расход рибонуклеиновой кислоты (РНК). Хиден высказал предположение, что обмен нуклеиновых кислот является биохимической основой мышления и, в частности, памяти, и что нуклеиновые кислоты — это и есть «восковые дощечки» Аристотеля. Теперь естественно было задать вопрос, как выглядят на этих дощечках иероглифы памяти.

В 1953 году англичанин Френсис Крик и американец Джеймс Уотсон придумали (именно придумали, а не открыли) структуру ДНК, предположив, что молекула ДНК составлена из двух очень длинных тонких полимерных цепей, закрученных в правильную линейную спираль: нечто вроде винтовой лестницы, у которой перила — чередование сахаров и остатков фосфорной кислоты, а ступеньки — азотистые основания, плоские многоугольники, две штуки в одной ступеньке.

 

Эти многоугольники (а точнее: химические соединения, в них скрытые) и оказались теми «буквами», которыми записано всё строение организма. Их чередования, подобно комбинациям точек и тире в азбуке Морзе, несли сведения о том, как устроены белки — эти кирпичики живой материи и как «по кирпичику» сложено само «здание» — живой организм.

Имена Уотсона и Крика стали упоминаться рядом с именами Дарвина, Менделя, Мечникова, а само открытие послужило началом цепной реакции других открытий, которые вынесли молекулярную биологию в число заглавных наук нашего времени.

Успехи молекулярной биологии подстёгивали исследователей в смежных областях, заставляли спешить всё того же Хидена. Хиден поставил перед собой задачу — выяснить, меняется ли соотношение разных «букв» — азотистых оснований нуклеиновой кислоты — при обучении животных: ведь всякое обучение связано с запоминанием. Хиден справедливо полагал, что если после обучения количество «букв» изменится, значит, появился какой-то другой «текст», возникли новые «слова».

Дальше всё происходило как в цирке. Белых молодых крыс учили ходить по проволоке длиной почти в метр, да ещё натянутой под углом. Минут 15 длился проход — аттракцион. Но уже на третий день путь занимал всего две минуты. Прогресс был налицо. Оказалось, что количество РНК в клетках мозга возросло, а что главное — изменился нуклеотидный состав РНК, состав тех самых букв, изменилось их количество, которое свидетельствовало и об изменении текста.

 

Значит, в РНК обученных крыс появились какие-то новые записи. Увы, прочесть эти записи нельзя: язык нам не знаком, да и много ли скажешь, зная только, как изменилось количество букв?

Этот новый текст, как бы повествующий о том, как нужно ходить по проволоке, сохранялся 48 часов, а потом, словно невидимая рука стирала записи с доски памяти, запоминаемое исчезало…

А между тем в череде дней, из которых складывалась история молекулярной биологии, пришёл день 14 августа 1961 года. В этот день с трибуны Международного биохимического конгресса в конференц-зале Московского университета прозвучало сообщение молодого американского учёного Маршалла Ниренберга о том, что ему совместно с другим биохимиком Генрихом Маттеи удалось расшифровать язык молекул ДНК.

Каждые три нуклеотида — три коротеньких звена длиннейшей цепи ДНК — образовывали одно «слово»: название аминокислоты, которая сама по себе есть звено другой цепи — белковой. В строгой последовательности записаны на ДНК эти рецепты белков. Какие звенья белка соответствуют каким звеньям ДНК — это-то и удалось прочесть Ниренбергу и Маттеи, образно говоря, им удалось составить словарь того языка, грамматика которого была открыта Уотсоном и Криком.

Теперь, после всех этих работ, можно было попытаться нарисовать картину «алхимической кухни» клетки. В этой кухне нет ни ярких огней, ни горластых реторт. За миллионы лет суровый отбор оставил только всё самое необходимое, рациональное.

…Когда клетке нужен определённый белок, с того участка ДНК, где записан рецепт этого белка, снимается копия: на этом участке синтезируется рибонуклеиновая кислота, повторяющая кодовую запись на ДНК. Этот своеобразный слепок с ДНК, получивший название информационной РНК, поступает в специальную молекулярную «машину» — рибосому, хитро задуманную всё той же природой. Непрерывно подходит к рибосоме «транспорт» со строительными материалами — аминокислотами. Их тащат на себе коротенькие молекулы — РНК другого типа — транспортные. Поток информации, поток сырья и поток энергии превращается в рибосоме в уникальную по архитектуре молекулу белка.

 

Эта стройная картина внесла ясность в мир человеческих представлений о молекулярной биологии и смуту в мир нашего понимания молекулярных основ памяти. В самом деле, во-первых: какая РНК принимает участие в формировании памяти? Информационная? Транспортная? А есть ещё и РНК, входящая в состав рибосом. Сперва московский биохимик профессор В. Я. Бродский, всё тот же Хиден, а затем американец Дж. Лемп и его сотрудники разными методами и на самых различных объектах показали, что в процессе обучения (а следовательно, запоминания) меняется количество молекул РНК, большую часть которой составляет именно информационная.

Но информационная РНК, согласно уже классической схеме, фактически исполняет роль курьера, переносящего информацию из главного хранилища белковых рецептов к «фабрикам» белка — рибосомам.

Так, может быть, двойная спираль ДНК — главная «фигура» в основах памяти? Или белок?

И вот уже советский биолог, член-корреспондент АН СССР В. Л. Рыжков, выдвигает гипотезу о том, что память записана на нити ДНК. Согласно его гипотезе, под влиянием нервного импульса меняется количество ионов калия и натрия в клетке, а ионы (это известно) влияют на спираль ДНК: отдельные участки двойной спирали закручиваются или раскручиваются: закручено, раскручено, как точка — тире, точка — тире… В раскрученных местах идёт синтез информационной РНК.

Вроде бы всё согласовано, но вот в конце 1968 года в лондонском журнале «Природа» появляется известие: выделили небольшой белок, и он-то и есть носитель памяти… Так где же истина? Может быть, надо рассматривать всю триаду ДНК—РНК—белок? И как рассматривать, как ставить те опыты, которые должны дать ответ?

 

 

ВОЗНЕСЕНИЕ ЧЕРВЯ

 

«Если поблизости от вас, читатель, имеется пруд со стоячей водой, заросшей тростником, и покрытый широкими листьями водяных лилий — попробуйте найти здесь маленького плоского червя — планарию. Иной раз достаточно перевернуть несколько лежащих на заиленном дне камней, чтобы найти на нижней стороне одного из них зеленоватую или зеленовато-коричневую планарию…» Так начинается в I томе нового отечественного издания «Жизнь животных» очерк о плоских червях.

История, о которой пойдёт речь, началась с того, что американские учёные У. Корнинг, Дж. Мак-Конелл и другие выработали у планарий условный рефлекс — сокращение тела в ответ на световой сигнал. Для этого в многочисленных опытах вспышку света подкрепляли ударом электрического тока до тех пор, пока одна световая вспышка, без всякого подкрепления током, стала вызывать сокращение тела планарий.

 

Планарии обладают удивительной способностью к регенерации: в одном из опытов их тело расчленили на 279 частей, и из каждой части возникал нормальный червь со всеми присущими планариям органами.

После выработки рефлекса червя разрезали поперёк, и через некоторое время обе половины вырастали в целых червей. При этом и «головной» и «хвостовой» червь помнили то, чему их обучили до операции — требовалось намного меньше попыток, чтобы вновь выработать рефлекс.

Опыт повторили, но на этот раз обе половинки на период регенерации поместили в слабый раствор рибонуклеазы — белка, расщепляющего, как бы разрывающего рибонуклеиновую кислоту — РНК. Замысел внешне был прост: если в образовании следов памяти принимает участие РНК, содержащаяся в нервных клетках, то фермент, её расщепляющий, должен «уничтожить» память, подобно огню, уничтожающему основу книги — бумагу, а вместе с этим и всё, что на бумаге записано.

Червь, регенерировавший из «головы», в растворе фермента сохранил свой рефлекс, «хвостовая» планария всё забыла.

Может быть, фермент просто не мог проникнуть в «голову»?

В научной литературе высказывались сомнения в правильности результатов Мак-Конелла.

Но вот в Пущине на Оке на симпозиуме, посвящённом проблемам памяти, появились результаты советских учёных А. Н. Черкашина и И. М. Шейнмана. Они содержали планарий в слабом растворе рибонуклеазы, не разрезая их, и оказалось, что и в этом случае образования условных рефлексов не происходит.

«Магнитофонная лента» памяти как бы обрела свою «стирающую головку».

Внешность планарий обманчива — нежное тело скрывает свирепого хищника. Планария нападает на мелких животных, например рачков, и высасывает их, рвёт на части, глотая куски целиком.

Свирепостью планарий и воспользовался Мак-Конелл, а затем и другие учёные. Необученных планарий кормили кусочками обученных, пытаясь таким образом передать им «память», зафиксированную в молекулах РНК. И действительно, планарии, съевшие своих «учёных» родственников, обучались быстрее, чем планарии, которых кормили «неучёными».

На Международном конгрессе по психологии в Москве в 1967 году Дж. Мак-Конелл рассказал о своих последних опытах.

Вначале он выяснил, какой рукав в Т-образном лабиринте (светлый или тёмный) больше нравится планариям. Как только планария попадала в этот рукав, она получала удар током. Через некоторое время наученная горьким опытом планария уже отказывалась идти в свой «любимый» рукав лабиринта и шла в другой, безопасный. Дальше Мак-Конелл кормил необученных планарий обученными.

Оказалось, что накормленные планарии двигались в тот же рукав лабиринта, куда направлялись их «учёные» жертвы.

Эти опыты стали сенсацией прессы, породив целую гамму оттенков: от мрачных прогнозов до шуток. Начало им положил сам Мак-Конелл, который в одном из публичных докладов шутя сказал, что ему понятно, почему в древние времена в некоторых племенах поедали одряхлевших мудрецов, и что профессоров-пенсионеров следовало бы превращать в пилюли и прописывать студентам.

Что же касается науки, она получила от опытов Мак-Конелла не так уж много — в конечном итоге, если бы следы памяти были записаны не на РНК, а на любой другой молекуле, эффект был бы тот же самый. Съедая куски планарии-жертвы, планария-хищник получает всё, что там есть.

Если бы можно было ввести «консервированную память» — РНК — прямо в мозг, ввести через шприц новые знания!

И такой опыт был сделан — причём не на червях с их примитивной организацией, а на крысах. Одну группу крыс обучили бежать к кормушке на звук трещотки, а другую — на мигающий свет. Затем выделили РНК из мозга крыс обеих групп, ввели их необученным крысам, завертели трещотку, и крысы, получившие через шприц «звуковую» память, пошли с первого раза к кормушке, а крысы, получившие «световую» память, направились к своей кормушке, повинуясь сигналам мигающего света. Инъекция памяти!

 

Но вот появилась новая работа: белковое вещество, выделенное из мозга крыс, тренированных на то, чтобы из двух мест — светлого и тёмного — выбирать светлое, ввели в брюшную полость мышей, и эти мыши сразу же стали удирать в светлые «норы». Снова белок?

 

Да, треугольник ДНК—РНК—белок оказался «заколдованным», выбраться из него не так-то просто. И «съесть» знающего человека тоже, увы, нельзя, хотя бы потому, что пока никто не может чётко указать выход. Тем более, что скептиков по-прежнему, хоть отбавляй.

Слово за новым экспериментом.

 

 

ПАМЯТЬ ПРЕДКОВ

 

Несомненно, что именно с генетическим материалом передаётся из поколения в поколение и то, что называют безусловными рефлексами, врождёнными инстинктами, например, способность птиц ориентироваться при перелётах с Севера на Юг и обратно.

Быть может, каждый из нас хранит в памяти всё, что знали и умели до нас, и мозг наш испещрён миллионами следов умений и навыков.

Все слышали, как поразительно ловки лунатики, с какой слепой уверенностью движутся они по краю крыши или узкому карнизу. И. И. Мечников предположил, что секрет этой ловкости скрыт в каждом из нас и что, доставшись от наших пращуров, прыгавших по деревьям, он зарыт где-то в древней наследственной памяти… Зарыт в самой глубокой тёмной штольне, где бездействует уже тысячелетия…

А умение плавать?

Известный советский учёный П. В. Симонов пишет: «Вполне возможно, что двигательный механизм плавания заложен в мозге от рождения, но до поры до времени хранится в нём в скрытом, запечатанном виде».

В качестве гипотезы, теоретически возможной, но не имеющей фактического подтверждения, можно даже допустить, что в этой передаваемой с хромосомами памяти заложены воспоминания о древнейшем прошлом человечества, уходящем своими истоками в дремучую даль тысячелетий, к тем временам, когда человек был вовсе и не человеком, а ловким и сильным зверем, и, может быть, в мозгу младенцев, чья память не загружена накопленным опытом жизни, смутно проносятся туманные образы далёкого прошлого…

 

Словом, как в шутку было сказано с трибуны одной научной конференции:

 

Младенцам снятся бронтозавры.

Их ДНК и РНК

Спят в лабиринтах Минотавра,

Чисты, как белая доска.

 

И только редко, очень редко

Из заколдованных жилищ

Промчатся тихо тени предков

С палеозойских пепелищ…

 

«ОТМЫЧКИ» ПАМЯТИ

 

В 1962 году известный английский писатель-фантаст А. Кларк написал книгу, быстро ставшую знаменитой, «Черты будущего». В главе «Мозг и тело» А. Кларк писал: «Когда мы разгадаем, как мозг фильтрует и хранит ту лавину впечатлений, которая вливается в него каждую секунду нашей жизни, мы, возможно, научимся управлять памятью с помощью сознания или искусственных внешних воздействий».

Даже с меньшим даром провидца, чем у Кларка, можно уже сейчас больше сказать об управлении памятью. На основе данных современной литературы, часть из которых изложена в этом очерке, можно попытаться составить далеко не полный перечень грядущих операций над памятью.

Самое простое — угнетать память, стирать записи с «восковых табличек». Разрушать всегда проще, чем созидать. Сравнительно простое вещество метрозол нацело стирает «память» мышей, почти то же делает белок — рибонуклеаза, введённая непосредственно в мышиный мозг.

Как-то в газетах промелькнуло короткое сообщение: американским солдатам, покидающим Вьетнам, дают «пилюли памяти» — вещества, ослабляющие память, туманящие тот тлеющий пепел воспоминаний, который «стучит в груди» каждого честного солдата.

С помощью РНК удаётся передать память от крысы к крысе. А если попытаться от человека к человеку? Законы биологии едины, особенно на молекулярном уровне.

РНК и ДНК можно воспроизводить в пробирках, создавая тысячи и миллионы копий с одного оригинала. Может быть, печатание учебников заменить размножением «законсервированных знаний»? Можно размножить память гениев, а можно и память человеконенавистников. Небольшой экскурс в прогнозирование — и сразу молекулярная биология переходит в социологию, в этику, в философию… В самом деле, если стереть память человека и вообще заменить её новой? Этично ли это? Имеем ли мы право на то, чтобы создать психически новую личность в старой телесной оболочке?

 

Стоит ли волноваться по этому поводу, скажет иной читатель. Право, до этого же ещё так далеко… Увы, эта даль близка. В апреле 1969 года журнал «За рубежом» перепечатал статью из западно-германского журнала «Штерн». Сделаем скидку на сенсационность, присущую буржуазной печати, и всмотримся в факты и рассуждения: «Найти высокоодарённого донора, по всей вероятности, можно. Многие лауреаты Нобелевской премии уже завещали свой мозг для научных исследований. Последним это сделал американский генетик Герман Джозеф Маллер».

Однако удастся ли найти человека, который согласится на инъекцию чужой памяти? Ведь вводить будут не поддающуюся контролю смесь. Отдельных способностей по заказу отфильтровать пока не удаётся… Тому, кто захочет получить через иглу шприца знания другого человека, придётся принять всю горечь воспоминаний, накопившуюся у донора в течение его жизни.

Поэтому профессор Юнгар считает: «Единственным способом сделать это направление исследований пригодным для практического применения является создание искусственных „препаратов памяти“».

Исследования в этой области ведутся с повышенной интенсивностью и в обстановке секретности. Лишь изредка публикуются кое-какие сведения.

В Олбэни (штат Нью-Йорк) профессор Камерон избрал прямой путь. Он стал вводить своим престарелым пациентам, страдающим выпадением памяти, препараты рибонуклеиновой кислоты (РНК), полученной из дрожжей. Расчёт его прост: возможно, избыток «кирпичиков», из которых строится память, снова повысит способность мозга запоминать. Успех превзошёл все ожидания. У пациентов Камерона память улучшилась.

Лаборатории фирмы «Эббот» в Чикаго, очевидно, удалось найти вещество, стимулирующее естественный синтез РНК. Это пермолин магния; его действие испытывали на крысах. Через 30 минут после получения таблетки крысы должны были научиться по определённому знаку прыгать с доски. Они научились этому трюку в пять раз быстрее, чем их сородичи, не получавшие препарата.

 

В 1966 году были проведены первые опыты на людях. Они также оказались многообещающими. Но вскоре препарат и опыты с ним были засекречены. Фирма «Эббот» окружила плотной завесой тайны свои новые «пилюли памяти».

 

В 1899 году в Санкт-Петербурге вышла тоненькая книжечка «Память. Мнемоника». Её автор Д. Павлов рекомендовал себя как первый и единственный русский специалист по памяти.

Спустя 67 лет в Биологическом центре Академии наук СССР в городе Пущино на берегу Оки 125 отечественных специалистов представили 87 докладов только о физико-химических основах памяти.

Летом этого же года в Москве на Международном психологическом конгрессе памяти было посвящено три симпозиума, 157 докладов.

Поток работ только о молекулярных основах памяти стремительно нарастает.

Конечно, хранение памяти не сводится к двум-трём типам молекул: просто мы ничего пока больше не знаем. Науке о памяти ещё далеко до старческой мудрости. Память по-прежнему загадочна и таинственна.

И хочется завершить очерк прекрасными словами С. Цвейга: «Наша память не похожа на бюрократическую регистратуру, где в надёжно упакованных бумагах исторически верно и неизменно — акт к акту — документально изложены все десятилетия нашей жизни; то, что мы называем памятью, заложено в нашей крови и заливается её волнами; это живой орган, подчинённый изменениям и превращениям, а не ледник, не устойчивый аппарат для хранения, в котором каждое чувство сохранило бы свои основные свойства, природный аромат, былую историческую форму. В этом струящемся потоке, который мы поспешно сжимаем в одно слово, называя его памятью, события двигаются как гальки на дне ручья, шлифуясь друг о друга до неузнаваемости. Они приспособляются, передвигаются, они в таинственной мимикрии принимают форму и цвет наших желаний. Ничего или почти ничего не остаётся неизменным в этой трансформирующей стихии, каждое последующее впечатление затемняет предыдущее, новое воспоминание до неузнаваемости и часто до противоположности изменяет первоначальное!!!»

В стихию памяти началось вторжение человека, но укрощение стихий всегда было делом сложным, долгим и небезопасным.

«Ум человеческий открыл много диковинного в природе и откроет ещё больше, увеличивая тем самым власть над ней» (В. И. Ленин). Будем же надеяться, что эта власть пойдёт на пользу человеку.