Стивен Роуз - Устройство памяти. От молекул к сознанию

Но Хиден пошел дальше, словно всего этого было еще мало. Он стал применять свои новые методы для изучения функциональных биохимических изменений в нервных клетках. Он спрашивал себя: не будут ли свойства клеток меняться под влиянием прошлого опыта крыс и кроликов, из мозга которых мы их выделим? Хиден начал изучать крупные клетки из глубинного участка, имеющего отношение к чувству равновесия. Он помещал кроликов в устройство, напоминающее детскую карусель, а крыс обучал осторожно взбираться по наклонно натянутой проволоке, к верхнему концу которой прикреплялась приманка. Оказалось, что изменение поведения у животных, несомненно, сопровождается изменениями свойств РНК и белка в нейронах, но не в глиальных клетках. Хиден разработал теорию, согласно которой следы памяти хранятся в мозгу в виде структурно-измененных молекул.

В наши дни о Хидене, как и о многих других первопроходцах, почти не вспоминают. Его микрометоды были совершенно уникальны, и другие лаборатории не могли или не желали воспроизвести их. К концу семидесятых годов сложилось мнение, что данные Хидена сомнительны или статистически недостоверны; на смену пришли новые методы и модели. Но шестидесятые годы были апофеозом Хидена. Он не переставал выступать на конференциях и семинарах, где часто приходилось слышать его низкий голос и медленную шведско-английскую речь, а его доклады иллюстрировались изумительными фотографиями клеток, выделенных с помощью микрометодов. Верю ли я теперь в эти работы? В шестидесятых — начале семидесятых годов я несколько раз приезжал в его лабораторию и заражался общим скептицизмом относительно специфичности его результатов. Но я сам наблюдал, как он с поразительным изяществом вырезал отдельные клетки, и у меня не оставалось сомнений, что по крайней мере методика его была вполне адекватной [З].

В конце XVII века голландский торговец Антони ван Левенгук изобрел микроскоп нового типа. Проводя с его помощью наблюдения, он впервые в истории человечества описал невидимый до того мир микроорганизмов (он назвал их анималькулами), которые тысячами кишели в каждой капле прудовой воды. Он зарисовывал их с поразительной точностью. Посмотрите в микроскоп Левенгука сегодня, и если вам вообще что-то удастся увидеть, считайте, что вам повезло — настолько малы и несовершенны были линзы по современным стандартам. Многие его современники были настроены скептически: они не видели того, что видел он и, возможно, были по-своему правы. Но прав был и Левенгук. Анималькулы были реальны, и открытие их перевернуло наши представления о мире живого. Может быть, Хиден — это сегодняшний Левенгук? Не следует, однако, забывать, что Левенгук рассмотрел также человеческую сперму и описал отдельный сперматозоид как подобие совершенного по форме крошечного гомункулуса, укрепив тем самым давний преформистский предрассудок относительно нашего размножения, который был изжит лишь столетие спустя.

Каким бы ни был окончательный приговор по поводу экспериментов Хидена, в свое время они гальванизировали работу нейрохимиков. Стало ясно, что биохимические методы действительно можно использовать для изучения функций мозга, включая даже память. И я сделал свой выбор.

Но как приступить к исследованиям? Микрометоды Хидена были мне недоступны, а Чейн, как всегда, скептически отнесся к моим намерениям. Если ключевым требованием бьыо отделение нейронов от глии, то, вероятно, я мог бы поискать другой способ достижения той же цели. К концу пятидесятых годов у биохимиков накопился уже целый арсенал общих методов изучения клетки. Один из них — центрифугирование — использовался для разделения клеток на различные компоненты. Работа лабораторной центрифуги основана на том же принципе, что и отжимание белья в бытовой стиральной машине. При очень быстром вращении содержащаяся в материи вода оттесняется к стенкам камеры и вытекает из нее. В биологической центрифуге пробирки с суспензией частиц вращаются с очень высокой скоростью, до 70 000 оборотов в минуту. По мере вращения суспендированные частицы под действием центробежной силы (до 500 000 g) движутся по направлению к дну пробирки тем быстрее, чем они тяжелее. Представьте теперь, что я беру кусочек мозга и измельчаю его в гомогенизаторе. Клетки разрушаются, а их компоненты переходят в суспендированное состояние. К числу таких компонентов принадлежат разнообразные субклеточные структуры, в частности клеточные ядра, содержащие ДНК, и митохондрии, в которых находятся ферменты цикла Кребса и синтезируется АТФ. Подбирая нужные сочетания продолжительности и скорости центрифугирования, можно разделять и собирать отдельные фракции клеточных компонентов. При одной из модификаций этого метода суспензию частиц вращают в растворе сахарозы, наиболее концентрированном у дна пробирки и все сильнее разбавленном в верхних слоях. Чем выше концентрация раствора, тем больше его плотность, поэтому в пробирке создается градиент плотности, направленный сверху вниз. При центрифугировании субклеточных частиц в таком градиенте они под действием центробежной силы оседают до тех пор, пока не окажутся в зоне, где их плотность и плотность раствора одинаковы. Здесь они останавливаются, уже не будучи в состоянии опуститься ниже.

Рис. 3.4. Синапс. Слева — электронно-микроскопическая картина синапса после удаления окружающего фона. Справа — рисунок, сделанный художником. Приходящие по аксону нервные импульсы вызывают освобождение молекул нейромедиатора из мелких пузырьков пресинаптического окончания. Медиатор диффундирует через синаптическую щель к шипику на дендрите, где его ожидает молекула рецептора. При взаимодействии медиатора с рецептором возникает сигнал, активирующий или ингибирующий постсинап-тическую клетку. После этого медиатор разрушается ферментами. Энергию для биохимического процесса высвобождения медиатора доставляет окисление глюкозы в митохондриях. Синапс, подобный изображенному здесь, имеет около 0,2 мкм в диаметре.

Когда в начале 60-х годов такой метод впервые применили для изучения ткани мозга, выяснилось, что эта ткань наряду со всеми обычными субклеточными фракциями — ядерной, митохондриальной и т. д. — содержит еще и частицы совсем иного типа, которые можно получить в изолированном виде. Нервные клетки контактируют друг с другом в особых участках, где происходит передача информации от одной клетки к другой. Эти участки называются синапсами (рис. 3.4). Гомогенизация мозга приводит к отделению синапсов от клеток; при этом окружавшая каждый синапс мембрана замыкается в обособленный пузырек. В результате образуются искусственно созданные «синаптические частицы» (синаптосомы), которые можно отделять центрифугированием и изучать в очищенном виде.