Геном

Если направить на червя струю воды, он прячет свои жабры в трубку. Но если струю воды направлять с некоей периодичностью, то черви начинают прятать свои жабры не так интенсивно. Даже до них доходит, что регулярно по­вторяемые действия не несут в себе опасности. Они «при­выкают» к этому воздействию, а привычка — это вид обу­чения. Если несколько раз перед тем как направить струю воды на червей, воздействовать на резервуар с водой заря­дом тока, черви начнут прятать жабры гораздо интенсив­нее. Этот феномен называется сенсибилизацией. Можно вы­работать классический условный рефлекс, как в знамени­том опыте с собакой Павлова. Например, можно обучить червей прятать жабры в ответ на легкое прикосновение к поверхности воды, если пару раз сопроводить это действие разрядом тока. Теперь они станут реагировать на легкое прикосновение к поверхности воды, но будут равнодушны к обливанию струей воды. Таким образом, уже у морских червей заложены те же задатки к обучению, которые были описаны у собаки и у человека: привыкание, сенсибилиза­ция и ассоциация, но при этом у них еще не появился мозг. Все рефлексы и их изменения в ходе обучения контроли­руются брюшным ганглием — маленьким скоплением нерв­ных клеток.

У ЭрикаКанделя (Eric Kandel), исследователя, проводив­шего данный эксперимент, помимо удовольствия попугать червей, были и другие мотивы. Он хотел установить базо­вые механизмы обучаемости. Что представляет собой об­учение? Какие изменения происходят в нервных клетках, когда мозг (или брюшной ганглий) усваивает новую при­вычку или меняет поведенческую реакцию? Центральная нервная система представляет собой сеть из множества нервных клеток, вдоль которых бегут нервные импульсы, передаваемые от клетки к клетке через синапсы. Достигнув синапса, электрический сигнал преобразуется в химиче­ский, чтобы в следующей клетке вновь превратиться в электрический сигнал. Так электричка бежит по железной дороге до паромной переправы. Затем вагоны перевозятся теплоходом на другой берег водоема, где движение вновь продолжается по железной дороге. Кандель понял, что се­крет лежит в синапсах, объединяющих нейроны. Обучение каким-то образом связано с изменением физиолого-био- химических свойств синапсов. Когда морской червь при­выкает к струям воды, происходит ослабление связи в си­напсе, объединяющем сенсорный нейрон с тем нейроном, по которому поступает команда мышцам спрятать жабры в трубке. Напротив, сенсибилизация усиливает пропуск­ную способность синапса. Постепенно Кандель с коллега­ми вычислили молекулу, которая следит за усилением или ослаблением пропускной способности синапса. Этой моле­кулой оказался циклический АМФ (циклический аденозин- монофосфат).

Канделем был обнаружен и описан каскад биохимиче­ских реакций, запускаемых циклическим АМФ. Пропустим для простоты сложные химические названия соединений, обозначим их просто А, Б, В и т.д.

Вещество А превращается в вещество Б, которое активизирует вещество В, открывающее канал Г, благодаря чему в клетку поступает больше вещества Д, которое является нейромедиатором, переда­ющим сигнал через синапс от одного нейро­на к другому.

Сообщу немножко подробностей относительно этой схемы. Вещество Г присоединяется к белку CREB и акти­визирует его, изменив пространственную конфигурацию. Животные с поврежденным белком CREB могут усваивать новую информацию, но запоминают ее не дольше чем на несколько часов. Работа белка CREB направлена на вклю­чение ряда дополнительных генов, с помощью которых на длительное время изменяется форма и функциональность синапса. Один из генов, запускаемых белком CREB, назы­вается CRE. Этот ген ответственен за синтез циклического АМФ. Еще несколько деталей, и я вас окончательно запу­таю. Но чуточку внимания и терпения. Обещаю, что скоро ситуация прояснится (Schacher S. et al. 1988. cAMP evokes long-term facilitation in Aplysia neurons that requires new pro­tein synthesis. Science240: 1667-1669).