Загадки мироздания

Найти в мозгу области, в которых непосредственно сосредоточены те самые замкнутые цепочки нервного тока, или хотя бы установить точно, существуют ли они на самом деле, — задача сложнейшая. Может быть, лучше подойти к делу и с другой стороны — рассматривать не клетки и их физиологию, а молекулы и их химию? Еще в 1874 году английский биолог Т. Г. Хаксли предположил, что за каждое отдельное воспоминание отвечает отдельная молекула мозга.

Казалось бы, задача по переходу от изучения клеток (которые можно хотя бы увидеть) к изучению совершенно невидимых молекул лежит для исследователя где-то на промежутке между «очень трудно» и «практически невозможно», но на самом деле это не так. Тут скорее можно вспомнить анекдот о враче, который велел сильно простуженному больному облиться водой и посидеть на сквозняке. «Что вы говорите, доктор?! — возмутился больной. — Тогда моя простуда превратится в воспаление легких!» — «Совершенно верно, — без тени смущения ответил врач. — А воспаление легких мы лечить уже умеем!»

В течение 1950-х годов биохимики получали все больше и больше доказательств тому, что в процессе производства белка важное участие принимает сложный элемент рибонуклеиновая кислота (обычно обозначаемая аббревиатурой РНК). Эти доказательства очень хорошо сочетались с уже имевшимися на тот момент сведениями о том, что в клетках, производящих необычно большое количество белков, содержится и необычно высокая концентрация РНК. Это относится как к растущим и делящимся клеткам, так и к клеткам, вырабатывающим богатые белковым содержанием выделения.

Однако, как ни странно, оказалось, что самая высокая концентрация РНК обнаруживается в клетках мозга, которые не растут, не размножаются и ничего не вырабатывают. Для чего же в них столько РНК?

Решением этой загадки вплотную занялся шведский невролог Холгер Хиден в университете Гётеборга. Он разработал технологию, позволяющую отсоединять от ткани мозга отдельные клетки для последующего анализа их на содержание РНК. Объектом исследования ученый выбрал крыс. Он создавал условия, в которых крысам приходилось овладевать новыми навыками, например долго удерживать равновесие на натянутой проволоке. И к 1959 году Хидену удалось установить, что в клетках мозга крыс, которым приходилось учиться, содержание РНК оказывалось в среднем на 12 процентов выше, чем в клетках мозга тех крыс, которые жили вольготно и спокойно.

Получается, что РНК необходима для обучения, а следовательно, и для запоминания (без которого обучение невозможно себе представить). Но мыслимо ли это? Можно представить себе, что комбинаций из сотен миллиардов клеток, содержащих замкнутое кольцо нервного тока, достаточно для хранения всех воспоминаний жизни, но неужели для всех этих же воспоминаний может хватить различных вариантов молекул одного и того же вещества?

Давайте посмотрим. Молекула РНК представляет собой длинную цепочку, состоящую из четырех родственных, но четко различающихся между собой элементов. Каждое звено цепочки — это один из этих четырех элементов, обозначим их как А, В, С и D. Соответственно, для цепочки, состоящей всего из двух звеньев, возможно представить 4x4, то есть 16 вариантов: АА, АВ, AC, AD, ВА, ВВ, ВС, BD, СА, СВ, СС, CD, DA, DB, DC и DD. Соответственно, для цепочки из трех звеньев таких вариантов может быть уже 4 х 4 х 4, то есть 64, и т. д.

По мере удлинения цепочки количество возможных комбинаций ее структурных единиц возрастает с катастрофической скоростью. Молекула РНК, состоящая всего из 25 элементов, может принять любой из квадриллиона возможных вариантов; таким образом, если считать, что каждое ощущение, когда-либо испытанное человеком в жизни, записывается в виде отдельной молекулы РНК, то длины молекулы в 25 элементов окажется вполне достаточно.

На самом же деле молекулы РНК состоят из сотен элементов, а не из двух с половиной десятков. Поэтому нет никаких сомнений в том, что молекула РНК — инструмент, вполне пригодный для записи как любых учебных сведений и прочих воспоминаний, накапливаемых человеком за всю жизнь, так и в миллион раз большего объема информации.

Итак, предположим, что действительно имеется картина такой вот «РНК-памяти». Все клетки организма быстро и с легкостью умеют вырабатывать РНК, но, как правило, подавляющее большинство клеток способны создавать лишь небольшое количество вариантов этого вещества, для своих узкоспецифических задач. Остается предположить, что в клетках мозга, напротив, может вырабатываться бесчисленное множество вариантов РНК, так что каждое новое ощущение вызывает образование новой РНК, несколько отличающейся от всех предыдущих, и в будущем обращение к этой молекуле позволит возродить и породившее ее ощущение.

И действительно, в ходе своих опытов Хиден установил, что в мозгу крыс, подвергавшихся принудительному обучению, не только увеличивалась концентрация РНК, но и сами молекулы видоизменялись. Менялось соотношение четырех структурных элементов РНК между собой, появлялись новые их комбинации, отличающиеся от обычных.