Наука без граница

ЊИМА НЕ ТРЕБА МОЗАК!

Неки од најједноставнијих облика живота способни су да уче. Како то раде?

Пужеви, медузе и морске звезде научили су нас да мозак није неопходан за учење. Ова наизглед једноставна створења способна су да уче иако уопште немају мозак. Можда то и није велико изненађење, јер имају нервне ћелије. Строго говорећи, неурони су ти који омогућавају учење – а они су код њих распоређени по телу, уместо на одређенима местима у виду мозга. Али шта ако недостају и неурони?
   Већина животних облика на Земљи нема неуроне, а и поред тога често успева да се понаша на сложен начин. То је раније тумачено њиховим урођеним одговорима, усаврша-ваним током низа генерација, али сада се све више чини да заиста могу да уче. И док се неки стручњаци чешкају по глави, други су већ заузети истраживањима како би ова њихова способност могла да помогне у налажењу нових начина за лечења болести код људи или стварању паметних уређаја.
   Узмимо, на пример, слузаву буђ (physarum polycephalum), која нам сигурно не изгледа паметно. Ово необично, сунђерасто створење, које није ни биљка, ни животиња, па ни гљивица, подсећа на грудвицу кајгане која нам је случајно испала на под. А то је само једна фаза у животу ове буђи, која настаје када се мноштво појединачних ћелија, свака са својом посебном ДНК, удружи и споји. Добијена жута грудвица може да нарасте и до 10 m2, а реч је о само једној огромној ћелији која има хиљаде језгара.
   У природи, ова буђ се ослања на хемијске пријемнике на својој површини, којима испитује супстанце на свом путу док полако гмиже по шумском тлу. Ако од њих добије знак да је у близини нешто привлачно, као храна, почеће брзо да трепери и да се приближава том извору. Отровне материје изазваће супротан одговор буђи – она ће успорити своје ритмично треперење и удаљити се од могуће опасности. Буђ се креће пружањем својих прстастих израслина које се називају псеудоподе.
   То кретање можда јесте споро, с највећом брзином од око четири цм на сат, али је сама чињеница да се буђ креће омогућила истраживачима да осмисле домишљате огледе с њом. Тако је прошле године у научној лабораторији Универзитета у Тулузу, у Француској, истраживач Одри Диситур одгајила неколико таквих буђи у посебно направљеним великим петријевим посудама с гелом од агара (хранљива материја из алги). Затим је сваки узорак поставила близу друге петријеве посуде с оброком од овса (такође у агар гелу). Две посуде биле су раздвојене „мостом” од агар гела да буђ може да отпузи преко њега до хране, што је учинила за два сата. Диситурова је тада загадила део моста кинином или кофеином, у количинама које су биле горке, али не и штетне за буђ. Буђи су оклевале, а затим су три пута спорије прелазиле преко уског пролаза, очигледно покушавајући да избегну непријатне материје.
  После неколико дана кофеин више није био никакво средство одвраћања, буђ је из искуства научила да његово присуство може да занемари и њен прелазак је постао бржи. Овде је кључна реч научити, тачније, то јест, буђ је „навикла” на кинин или кофеин – што је једноставан облик учења у коме одговор на неки неважан сигнал током времена слаби.
   „Била сам изненађена јер буђи немају неуроне, а сви су говорили да се та способност ослања на нервни систем. Учење је могло да претходи појави нервног система”, каже Диситурова.
   Али, ако неурони нису омогућили буђи да учи, шта јесте? Одри Диситур признаје да на то питање још не зна одговор. Али једна замисао, за коју се нада да ће моћи да је провери у наредним огледима, јесте да је искуство буђи некако утицало на њене гене. У језгру ћелија налази се мноштво молекула који могу да се прилепе за ДНК ланце и да потом укључују или искључују гене. Они не мењају генски код, већ само привремено утичу на начин како се он чита. Овај поступак – познат као епигенетско уређивање – задовољава један од најосновнијих захтева за памћење и учење, каже неуролог Дејвид Гланзман са Универзитета Калифорније у Лос Анђелесу.
   „Све што вам је потребно јесте да се неки подаци у ћелији промене.” Гланзманова истраживања наводе на закључак да би ово могао да буде начин на који буђ успева да учи.
   Неурологија нам говори да памћење код животиња настаје када се нешто научено ускладишти у синапсама између суседних неурона, што се заснива на теорији учења коју је израдио канадски научник Доналд Хеб. Синапсе постају јаче када се неурони са обе стране синхроно „укључују”. Другим речима, неурони који се заједно укључују, заједно се и повезују.
   Када је Гланзман узео морске пужеве и раздвојио им синапсе настале током обуке, није га изненадило што је њихово памћење нестало. Међутим, када је те неуроне подвргнуо струјном удару, синапсе су се обновиле и сећање се вратило. Гланзман је из тога закључио да су остаци памћења били ускладиштени у ДНК неурона, у облику епигенетских промена, и да сличне промене постоје и код других типова ћелија.
   „Заиста, није неопходан нервни систем да би се учило”, каже он.
   Али, са слузавом буђи није реч само о учењу. Диситурова је открила да оне изгледа могу и да подучавају једна другу. У следећем огледу ова научница је дозволила да се буђ,  претходно навикнута на присуство соли, споји са буђи која се никада пре није срела са овим средством за одвраћање. Настали хибриди буђи прешли су преко засољеног моста без оклевања. После три сата Диситурова је раздвојила ове две врсте, а раније „неискусна” буђ наставила је да занемарује присуство соли на пролазу, као да јој је „искусна” буђ некако пренела своје знање.
   „Могло би да се претпостави да се током спајања ових буђи размењују њихови епигенетски подаци”, каже Гланзман.

ПОТЦЕЊЕНИ „ГЕНИЈЕ”

   Последњих десет година француска научница Одри Диситур проучавала је необично створење чије је право име Physarum polycephalum (вишеглава буђ”) да би недавно о њему објавила књигу под називом „Le blob” (грудвица, капљица густе течности). Име му је наденула по називу америчког хорор-филма из 1958. године („Мехур убица”), у коме слично желатинозно створење, само ванземаљско, поробљава Земљу.
   Тиме је Диситурова била помало неправедна према њој, јер је наша „грудвица”, иако је освојила готово целу планету, безопасно створење. Чак је заслужила наше дужно поштовање због својих година, јер је на Земљи присутна много дуже од нас, 500 милиона до милијарду година. Од тада је мало еволуирала, а обитава по сеновитим и влажним местима у шумама, по иструлелом лишћу и пањевима, избегавајући светлост. Али, оно што заиста опчињава научнике јесу запањујуће особине овог готово бесмртног једноћелијског створења, „ствари” коју стручњаци нису успели да сврстају ни у животиње, ни у биљке, нити међу гљиве, иако се храни и креће као животиња, а размножава спорама (на крају животног циклуса, кад услови постану неповољни).
   Слузава буђ (slime mold), како се још зове, постоји у готово хиљаду врста, нема одређен облик, различитих је боја, а најчешће жута, кад подсећа на просуту кајгану. Постала је омиљена у проучавању због лакоће посматрања њеног задивљујућег понашања, јер може да буде велика, а њено кретање видљиво и голим оком. Обрасци њеног раста могу лако да се мењају и проучавају уз помоћ трага просутих овсених љуспица којима воли да се храни. Она ће пратити тај траг, чиме може да створи најсложеније облике који могу да се замисле за неку слуз.
   Када се стави у лавиринт, наћи ће најкраћи пут до хране на његовом другом крају. Уме да препозна властите трагове и да зна где је била, а где није. Неки истраживачи раде на „биорачунару” на основу Physarum polycephalum, где би заменила електронска кола јер може да се прилагоди околини у стварном времену...
   Укратко, „грудвица” вероватно није открила све тајне које има.

   Код вишећелијских организама без мозга ствар је сложенија. Они не само да имају више ћелија, већ морају да се понашају на усклађен начин. А када не постоји нервни систем који може све да спаја и усклађује, како се то дешава? То је била тема истраживања биљака у лабораторији Монике Гаљано на Универзитету Западне Аустралије (о томе је „Забавник” већ писао). Укратко, саксије с једном врстом мимозе Гаљанова је пуштала да са висине од око 15 центиметара падају на мекану подлогу. Ове мимозе познате су по томе што затварају листове кад наслуте опасност. То су радиле и на почетку огледа, али када су научиле да им се ништа лоше не дешава престале су да их затварају.
   Гаљанова је даље желела да сазна да ли су биљке способне и за асоцијативно учење, да повезују награду с неким неутралним знаком – као што су у чувеном огледу Павловљеви пси повезивали храну са звуком звона. За њене саднице грашка награда је била светлост (биљке расту према светлости), а неутрални знак било је дување вентилатора из различитих праваца. Моника Гаљано сматра да је овим огледом успела да докаже да су њене биљке тражиле награду и да су повезале светлост са дувањем вентилатора.
   Остали научници поздравили су овакве резултате, уз здраву дозу опреза. А њихов главни критичар, физиолог биљака Линколн Таиз (сада пензионисани истраживач  Универзитета Калифорније у Сантаа Крузу), има примедбе на саме огледе. Ипак, основна замерка му је што су, према неуробиологији, „учење и памћење ментални процеси који се одвијају у уму, смештеном у мозгу”. По овој дефиницији биљке нису способне за учење и памћење.
   Међутим, нису више сви стручњаци спремни да подрже овако строго одређење. Гланзман је отворен за замисао о асоцијативном учењу код биљка, али се пита о каквом је механизму реч. Напомиње да животиње повезују догађаје користећи молекуле откривене у нервним ћелијама који се називају се NMDA рецептори. Они помажу јачање веза између оних неурона који се у више наврата истовремено побуђују. По његовом мишљењу, сличан „асоцијативни молекул” морао би да постоји и код биљка.
   Схватање да су организми без мозга способни за учење могло би да има неке практичне користи. Постоји много једноћелијских организама веома штетних за људе, као што су, на пример, они који изазивају маларију. Пошто припадају истој групи као и слузава буђ, Одри Диситур сматра да би упознавање начина на које патогени уче могло да помогне у разради нових поступака за борбу против њих. Разматрање епигенетског учења могло би да послужи рачунарским стручњацима да побољшају вештачке неуронске мреже које опонашају биолошко учење. Тренутни модели неуронских мрежа заснивају се на теорији учења Доналда Хеба.   
   Занимљива је и замисао о могућности преношења памћења. Ако једна буђ може да научи другу, тако што се с њом споји, може ли нешто слично да се догоди код животиња? Огледи које је пре пола века извео Џејмс Меконел на Универзитету Мичиген указују на то да можда може. Он је обучавао слатководне пљоснате црве да се боје светлости, тако што им је давао електрошокове. Онда је овим обученим црвима хранио необучене црве, који су се после тога трзали кад год би се појавила светлост.
   Меконел је веровао да су сећања код обучених црва била записана у малим молекулима које су необучени црви уносили као храну. Нажалост, није било могуће да се ти налази понове. Али замисао да би мали низови РНК – једна врста епигенетских молекула – могли да покрену сећање данас је блиска многим научницима, укључујући Гланзмана.
   „У начелу, не би требало да постоји разлог зашто не бисте могли да пренесете неке видове памћења преносом РНК из мозга једне животиње у мозак друге”, каже он. „Последице су главоломне.” Слично мисли и Моника Гаљано:
   „Морао би да постоји неки систем који омогућава бележење и буквално урезивање памћења у организам, који потом може да се позове, што је – сећање”, каже она.
   Тиме се поново враћамо на питање шта је памћење. Немачки биолог Рихард Земон изнео је 1904. године замисао о меморијском запису која се добија повезивањем засебне групе можданих ћелија. То замишљено физичко коло назвао је „енграм”. Пошто никоме није успело да их открије, енграми су наставили да живе у научној фантастици и сајентологији. Доказивање њиховог постојања у мозгу морало је да сачека данашње време и развој нарочитих „оптогенетских пинцета” (укључивање неурона помоћу светлости). Захваљујући њима, лабораторија нобеловца Сусумуа Тонегаве на Масачусетском институту за технологију први пут је 2012. године успела да докаже да енграми стварно постоје. Иста група истраживача недавно је открила појединости о томе како енграми раде у једном делу мозга, хипокампусу, а затим се отпремају и складиште у можданој кори. Али, то је већ нека друга тема.