Wenn ein kopfloser Wurm Speicher nachwachsen kann, wo wird er dann gespeichert? Und wenn Speicher wiederhergestellt werden kann, kann er übertragen werden?
Das Studium des Gedächtnisses war schon immer ein seltsames Thema, das sich in der Wissenschaft von anderen abhebt. In den 1950er Jahren machte der obskure Psychologieprofessor James McConnell von der University of Michigan mit einer Reihe von Experimenten mit Planarien Schlagzeilen (und wurde schließlich zu einer Berühmtheit ) .- Süßwasser-Plattwürmer. Sie bewunderten McConnell nicht nur, weil sie in seinen Worten "eine wahrhaft synaptische Art von Nervensystem" besaßen. Sie hatten auch eine unglaubliche Fähigkeit, sich zu regenerieren. Im besten Fall können Sie den Wurm in viele Stücke schneiden, bis zu 50 Stück ", und jedes von ihnen wird zu" einem intakten und voll funktionsfähigen Organismus "wiederhergestellt.
In frühen Experimenten lehrten McConnell-Würmer Pavlova , Elektroschocks mit Taschenlampen zu kombinieren. Infolgedessen reagierten die Würmer allein auf Licht. Und dann, als er einen der Würmer in zwei Hälften schnitt, passierte etwas Interessantes. Der Kopf eines von ihnen ließ einen Schwanz wachsen und erinnerte sich aus offensichtlichen Gründen an das Training. Es ist überraschend, dass der Schwanz, der seinen Kopf und sein Gehirn vergrößert hat, auch das Gedächtnis des Trainings bewahrt hat. Aber wenn der kopflose Wurm das Gedächtnis nachwachsen lassen kann, wo ist er dann gespeichert, fragte sich McConnell. Und wenn Speicher wiederhergestellt werden kann, kann er übertragen werden?
Vielleicht. Der schwedische Neurowissenschaftler Holger HudenIn den 1960er Jahren wurde vermutet, dass das Gedächtnis in neuronalen Zellen gespeichert ist, insbesondere in RNA, einem Hilfsmolekül, das Anweisungen von der DNA erhält und Ribosomen zusammenhält, um Proteine zu bilden - die Bausteine des Lebens. McConnell, der an Hudens Arbeit interessiert war, versuchte, das Vorhandensein eines hypothetischen Moleküls festzustellen, das er "Gedächtnis-RNA" nannte, indem er Körperteile trainierter Planarier auf die Körper untrainierter Transplantate transplantierte. Er versuchte, RNA von einem Wurm auf einen anderen zu übertragen, fand es jedoch schwierig, die transplantierten Teile zu entnehmen. Infolgedessen wechselte er zu "einer spektakuläreren Art des Gewebetransfers - dem Schlucken". Planarier waren erfolgreiche Kannibalen, daher konnte McConnell nur die trainierten Würmer mahlen und sie den Ungeübten füttern. Planarier haben keine Säuren und Enzyme, die die Nahrung vollständig zerstören, also hoffte erdass einige RNA in Esser integrieren können.
Unglaublich, berichtete McConnelldass die Aufnahme von trainierten Würmern dazu führte, dass unter den Ungeübten neues Wissen auftauchte. In anderen Experimenten brachte er Planariern bei, durch Labyrinthe zu gehen, und entwickelte sogar eine Technologie, um RNA aus trainierten Würmern zu extrahieren und in untrainierte zu injizieren, um Erinnerungen von einem Tier auf ein anderes zu übertragen. 1988 zog sich McConnell zurück und verschwand allmählich vom Radar. Seine Arbeit wurde in Vergessenheit geraten und wird irgendwo am Rande von Lehrbüchern als lustige warnende Geschichte aufbewahrt. Viele Wissenschaftler gingen einfach davon aus, dass planare Wirbellose nicht ausgebildet werden konnten, und entließen McConnells Arbeit. Einige von McConnells Werken wurden in seiner eigenen Zeitschrift Worm Runner's Digest veröffentlicht [so etwas wie "Race Worm Herald", obwohl das Wort Digest als "Sammlung, Bote" übersetzt wird und wie man "Nahrung verdaut" / ca. übers.] zusammen mit Science-Fiction-Humor und Comics. Infolgedessen bestand wenig Interesse daran, seine Experimente zu wiederholen.
In letzter Zeit hat McConnells Arbeit jedoch begonnen, sich wiederzubeleben . Sie werden von innovativen Wissenschaftlern wie Michael Levin, einem Biologen an der Tufts University, der sich auf die Regeneration von Gliedmaßen spezialisiert hat, aufgegriffen. Er reproduzierte Experimente zur Ausbildung von Planariern, um in einer modernisierten und automatisierten Version einen Ausgang aus einem Labyrinth zu finden. Planaria gewann auch neue Popularität - nachdem Levin den Schwanz des Wurms abgeschnitten und einen bioelektrischen Strom an den Schnitt angelegt hatte , wodurch der Wurm einen anderen Kopf anstelle eines Schwanzes wuchs. Levin erhielt daraufhin für diesen amüsanten Spitznamen "junger Frankenstein". Levin schickte auch 15 Stücke der Schnecke in dem Raum, von denen einer zurück unerwartet.mit zwei Köpfen. Levin und seine Kollegen schrieben: "Es ist überraschend, dass dieser Wurm nach dem erneuten Schneiden in Wasser wieder einen zweiköpfigen Phänotyp ergab."
David Glantzman, Neurowissenschaftler an der University of California in Los Angeles, leitet ein weiteres vielversprechendes Forschungsprogramm. Kürzlich erinnerte sie sich lebhaft an McConnells Experimente mit dem Gedächtnis - obwohl Glanzman anstelle von Planariern Aplysia verwendete , eine Schalentier, die von Neurowissenschaftlern wegen ihres relativ einfachen Nervensystems geliebt wurde. Aplysias, auch Bartrobben genannt, sind riesige Seeschnecken, die eine Tintenflüssigkeit ausspucken und mit ihren wellenartigen Spitzenflügeln schwimmen.
Im Jahr 2015 testete Glanzman eine Lehrbuchtheorie des Gedächtnisses: Das Gedächtnis wird in Synapsen gespeichert, die Neuronen verbinden. Sein Team versuchte, die Erinnerung an die Aplysia zu schaffen und zu löschen, indem es regelmäßig mit Elektroschocks auf die Muschel schlug. Das Ziel war es, ihn dazu zu bringen, die Reflexbewegung beim Zurückziehen des siphonförmigen Atemschlauchs zwischen den Kiemen und dem Schwanz zu verlängern. Nach dem Training sahen die Wissenschaftler neue Synapsen zwischen dem sensorischen Neuron, das Berührungen wahrnimmt, und dem Motoneuron, das das Zurückziehen des Tubulus auslöst. Die erhöhte Anzahl von Verbindungen zwischen Neuronen nach dem Training schien die Theorie der Speicherspeicherung in synaptischen Verbindungen zu unterstützen. Glanzmans Team versuchte, dieses Gedächtnis zu löschen, indem es die synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen unterbrach. Nachdem,Als Mitglieder von Glanzmans Team die Mollusken daran erinnerten, bei der nächsten Entladung zu lernen, waren sie überrascht, wie neue, unterschiedliche synaptische Verbindungen zwischen Neuronen wachsen. Danach verhielten sich die Weichtiere so, als würden sie sich an ein sensibilisierendes Training erinnern, das sie zuvor vergessen hatten.
Die synaptischen Verbindungen, die als Ergebnis des Trainings auftraten, verschwanden und an ihrer Stelle wuchsen neue und völlig andere. Glanzman dachte: Wenn das Gedächtnis nach einer solchen Änderung der Synapsen erhalten bleibt, dann ist das Gedächtnis vielleicht überhaupt nicht in ihnen gespeichert. Das Experiment ähnelte einer Handlung aus dem Film " Ewiger Sonnenschein des makellosen Geistes ", in der ehemalige Liebende, um sich gegenseitig zu vergessen, einen zweifelhaften Vorgang zum Löschen des Gedächtnisses durchlaufen, aber es stellt sich heraus, dass er nicht spurlos verschwindet. Irgendwo im Hinterkopf haben sie einen Plan: sich in Montauk zu treffen. Der Film scheint zu sagen, dass die Erinnerung niemals spurlos verschwindet, dass man immer zurückgehen kann, selbst zu scheinbar vergessenen Menschen und Orten.
Trotz der bizarr karikierten Darstellung der Gedächtniswissenschaft könnte The Eternal Sunshine habenstolperte über die richtige Hypothese
Aber wenn Erinnerungen nicht in synaptischen Verbindungen gespeichert sind, wo werden sie gespeichert? Glanzmanns unpopuläre Hypothese ist, dass sie in den Kernen von Neuronen gespeichert werden können, wo DNA- und RNA-Sequenzen Anweisungen für das Leben geben. DNA-Sequenzen sind fixiert und ändern sich nicht. Daher liegt der größte Teil der Anpassungsfähigkeit des Körpers in flexiblen epigenetischen Mechanismen. Dies sind Prozesse, die die Genexpression als Reaktion auf Umweltreize steuern - manchmal unter Beteiligung von RNA. Wenn wir uns DNA in Form von Musiknotenbüchern vorstellen, dann sind die epigenetischen Mechanismen, die durch RNA gehen, improvisatorische Insertionen und Arrangements; Sie können lernen und auswendig lernen.
Vielleicht leben Erinnerungen in epigenetischen Veränderungen, die durch RNA ausgelöst werden - dieses improvisierte Molekül, das Proteinanpassungen des Lebens erzeugt. Glanzmans Team kehrte zu ihren Aplysien zurück und trainierte sie zwei Tage lang, um den Rückzugsreflex zu verlängern. Dann schnitten sie ihr Nervensystem auf, extrahierten die RNA, die das Gedächtnis des Lernens bildete, und injizierten sie in untrainierte Alysien, die sie am nächsten Tag erlebten. Glanzmans Team stellte fest, dass RNA von trainierten Spendern das Lernen auslöste, während RNA von nicht trainierten Spendern keinen Einfluss auf das Verhalten der Weichtiere hatte. Sie haben die Erinnerung teilweise, aber definitiv von einem Tier auf ein anderes übertragen. Und sie haben starke Beweise dafür, dass RNA für den Transfer verantwortlich war.
Jetzt glaubt Glanzman, dass Synapsen benötigt werden, um das Gedächtnis zu aktivieren, aber dass das Gedächtnis selbst durch epigenetische Veränderungen im Kern des Neurons kodiert wird. "Es ist wie ein Pianist ohne Hände", sagt Glanzman. "Er weiß, wie man Chopin spielt, aber er braucht seine Hände, um diese Erinnerungen zu verwirklichen."
Die Arbeit von Douglas Blaciston, einem Wissenschaftler am Allen Discovery Center der Tufts University, der das Gedächtnis von Insekten studierte, zeichnet das gleiche Bild. Er wollte wissen, ob sich der Schmetterling an etwas aus seinem Leben als Raupe erinnern konnte, also setzte er sie Ethylacetat aus, gefolgt von einem elektrischen Schlag. Nachdem die Raupen eine Abneigung gegen Ethylacetat bekommen hatten, verpuppten sie sich und nach dem Schlüpfen wurden die erwachsenen Schmetterlinge einige Wochen später auf Gedächtnis getestet. Überraschenderweise erinnerten sich erwachsene Schmetterlinge an alles - aber wie? Schließlich wird die Raupe, bevor sie sich in einen Schmetterling verwandelt, zu einer Zytoplasmasuppe. "Die Transformation ist katastrophal", sagt Blakiston. - Immerhin wechseln wir von einem kriechenden zu einem fliegenden Auto. Nicht nur der Körper, sondern das gesamte Gehirn wird wieder aufgebaut. "
Es ist ziemlich schwierig, genau zu untersuchen, welche Prozesse während der Verpuppung im Körper ablaufen. Eine Untergruppe von Raupenneuronen kann jedoch in den sogenannten gespeichert werden. Pilzkörper - ein Paar Strukturen, die für den Geruchssinn verantwortlich sind und sich bei vielen Insekten neben den Antennen befinden. Mit anderen Worten, ein Teil der Struktur bleibt erhalten. "Dies ist keine Suppe", sagt Blakiston. "Nun, im Grunde Suppe, aber mit Stücken." Während der Verpuppung werden die Neuronen fast vollständig entfernt und die verbleibenden vollständig von allen anderen abgeschnitten. Synaptische Verbindungen werden absorbiert und dann während der Transformation in ein Schmetterlingsgehirn mit anderen Neuronen verbunden. Blakiston macht wie Glanzman eine Analogie mit den Händen: "Es war, als würden Neuronen einer kleinen Gruppe Hände halten, sich dann loslassen und sich bewegen, woraufhin sie sich mit anderen Neuronen im neuen Gehirn verbinden." Wenn der Speicher wo gespeichert wurde,dann glaubt Blakiston, dass es in einer Untergruppe von Neuronen in Pilzkörpern gespeichert wurde - dem einzigen bekannten Material, das von der Raupe auf den Schmetterling übertragen wird.
Am Ende ist The Eternal Sunshine trotz der bizarr karikierten Darstellung der Gedächtniswissenschaft möglicherweise auf die richtige Hypothese gestoßen. Erstens glauben Glanzman und Blackston, dass ihre Experimente gute Nachrichten für Alzheimer- Patienten haben . Zweitens kann es möglich sein, die unterbrochenen neuronalen Verbindungen zu reparieren, damit Neuronen zu verlorenen Erinnerungen zurückkehren können - möglicherweise unter Anleitung einer geeigneten RNA.