Хочу всё знать [1970] - Анатолий Томилин

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?

«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.