Закономерные чудеса

2300 лет отделяют нас от того времени, когда Аристотель утверждал, что головной мозг человека — это род железы, выделяющей слизь для охлаждения избыточной теплоты сердца. Точка зрения великого философа, по-видимому, наиболее точно отражала уровень развития медицины той эпохи. Человечеству понадобилось примерно еще 500 лет, чтобы другой его талантливый представитель, выдающийся врач Гален, сделал существенный шаг вперед. Мозг человека, утверждал Гален, есть источник чувствительности, источник движения, центр нашей душевной деятельности.

Сегодня ведущая роль нервной системы в жизнедеятельности высокоорганизованных существ бесспорна. Но увы, биохимия нервной системы, биохимия коры головного мозга, биохимия памяти недостаточно изучены. Ряд разделов биохимии нервной системы, понимание молекулярных механизмов психической деятельности человека, по существу, остаются областями "белого безмолвия", куда не ступала нога исследователя.

Сила любого выдающегося ученого в предвидении, в умении прогнозировать. Научное предвидение знаменитого русского исследователя И. Павлова и сегодня поражает своей прозорливостью. "Едва ли можно оспаривать, — говорил он, — что настоящую теорию всех нервных явлений даст нам только изучение физико-химического процесса, происходящего в нервной ткани, фазы которого дадут нам полное объяснение всех внешних проявлений нервной деятельности, их последовательности и связи".

Человек родился. Число нервных клеток у него не сразу становится таким, как у взрослого. Но примерно через год цосле рождения нервных клеток столько же, сколько у взрослых особей. И содержание ДНК в клетках достигает максимума. Больше оно увеличиваться не будет. То же самое относится и к РНК.

Химический анализ серого вещества головного мозга взрослого человека показывает, что в нем около 80 процентов воды, 8 — белков, 10 — жироподобных веществ, около 1 процента азотсодержащих органических соединений и 1 — минеральных. В ядрах клеток серого и белого веществ головного мозга до 45 процентов от всех органических веществ приходится на долю нуклеиновых кислот.

ДНК — главный субстрат наследственной информации и РНК, с помощью которой она передается дальше, не находятся в клетках в свободном состоянии. На самом деле они связаны с белком. В ядрах из клеток млекопитающих ДНК связана с белком, который носит название гистона. Более того, этот гистон определенным образом "закреплен" внутри ядра клетки и образует сложный комплекс, имеющий собственное имя — рибонуклеопротеид. Другие белки мозга образуют комплексы с жироподобными соединениями. В таком случае их называют липопротеидами.

Конечно, в головном мозгу есть и другие белки. В сером веществе мозга всегда можно обнаружить белки типа альбуминов и глобулинов, а в белом — нейрокератин. Он совместно с жироподобными соединениями образует оболочку всех нервных волокон.

Каждый белок в клетках мозга выполняет или только одному ему присущую функцию, или разнообразные обязанности. Это общая закономерность. Достаточно сказать, что в клетках и тканях всех без исключения живых организмов все ферменты — белки, а без этих ускорителей химических процессов жизнь невозможна.

Кстати говоря, белок называют именно белком или протеином совсем не случайно. История происхождения этих терминов вкратце такова.

В повседневной жизни белком называют ту часть куриного яйца, которая при нагревании приобретает белый цвет. Почти в самом начале прошлого века исследователи обнаружили, что из всех тканей растительного или животного происхождения с помощью простейших манипуляций можно извлечь химические соединения, во многом напоминающие по своим свойствам белок куриного яйца. Поместив под пресс мышечную ткань животных, удается получить некоторое количество прозрачной жидкости. При температуре 70 градусов она неожиданно свертывается и образует беловатую массу, похожую на белок сваренного куриного яйца.

Этот термин прочно удержался в науке, хотя все исследователи сейчас знают, что белки по своему химическому строению могут быть различными. Наряду с термином "белок" в науке утвердился и другой — протеин. Это слово происходит от греческого "протос", что означает "первый", или "важнейший". Тем самым ученые хотели подчеркнуть значимость, важность функции, которую белки выполняют в клетке.

У многих живых организмов нет не только мозга, но и простейшей нервной системы. Мозг — высшее достижение эволюционного процесса. В самом мозгу есть отделы более древние и более молодые. Самый молодой отдел мозга — это кора, серое вещество больших полушарий. Более древнее по происхождению белое вещество.

И вот что интересно. Серое вещество головного мозга, выполняющее наиболее сложные функции в человеческом организме, особенно богато белком. Каждый отдел такого сложного образования, как мозг, имеет свои белки. Иными словами: белки различных отделов мозга млекопитающих отличаются друг от друга.

Все ферменты — белки. Сегодня кажется удивительным, что всего пятьдесят с небольшим лет назад советским ученым Б. Словцовым было проведено первое обстоятельное исследование разнообразных ферментов, каждый из которых отвечал за превращения белков, жиров или углеводов.

Современный исследователь знаком со многими десятками ферментов и ферментных систем, которые обеспечивают жизнедеятельность мозга и все его функции. Целые институты и лаборатории сегодня изучают биохимические процессы, протекающие в нервной ткани. Мозг содержит полный набор разнообразных ферментов, гарантирующих его нормальную функцию и обеспечивающих все основные стороны обмена веществ.

Все белки построены из остатков двадцати аминокислот. Их последовательность строго определенна для каждого белка. Аминокислотные остатки образуют так называемые полипептидные цепи. Когда говорят о первичной структуре белка, то подразумевают последовательность аминокислот в молекуле. Полипептидные цепи могут быть уложены спиралью или зигзагообразно. Форма молекул белка может напоминать шар, или, как говорят биохимики, глобулу. Наконец, если молекула белка имеет более чем одну полипептидную цепь, то они особым образом располагаются одна относительно другой.

Сколько всего слов можно образовать из двадцати-тридцати букв алфавита? Двадцать аминокислот, из которых построены белки, это тоже своего рода буквы биохимического алфавита. Опираясь на это логическое построение, исследователи теоретически рассчитали, что общее число различных типов белков у всех видов живых организмов может составлять величину порядка 10¹⁰-10¹². 10¹² — это тысяча миллиардов. Но сколько белков существует в головном мозгу человека, сказать пока невозможно. По-видимому, много.

В головном мозгу липидов множество. К великому сожалению, .значение многих из них в жизнедеятельности мозга еще далеко не изучено. В головном мозгу, например, содержится значительное количество так называемых фосфатидов. Если фосфатид разложить на более простые составные части, то в смеси можно обнаружить глицерин, жирные кислоты, фосфорную кислоту и ряд других соединений. Кстати говоря, большая часть жирных кислот в головном мозгу находится именно в составе разнообразных фосфатидов.

Недостаточно выяснена роль, которую играет в мозговой ткани известный многим холестерин. Его почему-то больше всего в белом веществе. Он предпочитает быть свободным. Большая часть его находится в несвязанном состоянии. И только меньшая часть связана с белком. Чем человек старше, тем больше в его головном мозгу холестерина. Чем это объяснить, пока неизвестно, хотя и существует несколько гипотез.

Различные участки мозга содержат разное количество липидов. Например, в белом веществе обнаруживается примерно в два раза больше липидов, чем в сером. А в сером содержится много веществ, в состав которых, помимо липидов, входят углеводы. Эти соединения называются ганглиозидами. У них крупные молекулы. Обычно они встречаются на внешней поверхности клеточных мембран. Ганглиозиды выполняют самые разнообразные функции и обладают не совсем обычными для липидов особенностями. Они могут связывать различные ядовитые вещества, выделяемые микробами, и тем самым обезвреживают их.

В головном и спинном мозгу обнаружены самые разнообразные минеральные вещества: кальций, калий, натрий, магний, железо, медь, цинк, марганец и многие другие. Распределение этих элементов в различных отделах мозга неодинаково. Содержание йода в разных участках мозга может отличаться в десять раз и более. Так, например, в среднем мозгу в пятнадцать раз больше йода, чем в больших полушариях.

Одно химическое соединение, которое содержится в головном мозгу, безусловно, заслуживает того, чтобы в нем сказали особо. Это гамма-аминомасляная кислота. С одной стороны, она типичная аминокислота. Но никогда не встречается в составе белка. Вот тут требуется сделать небольшое отступление.

Вообще говоря, помимо двадцати обычных аминокислот, входящих в состав белков, есть еще несколько редких. Их иногда тоже находят при разложении белковых молекул на составные части. Но и это еще не все. Известно более 150 аминокислот, которые встречаются в клетках и тканях в свободном и связанном состоянии, но их никогда не находили в составе белка. Особенно много таких аминокислот в грибах и высших растениях. Некоторые даже ядовиты.

А теперь вернемся снова к гамма-аминомасляной кислоте, которую сравнительно недавно обнаружили в головном мозгу. Она типичный представитель небелковых аминокислот. Считают, что она оказывает сильное влияние на функцию центральной нервной системы. С ее помощью, когда возникает в этом необходимость, проведение нервного импульса прерывается.

Конечно, в тканях мозга содержится значительное число и других соединений, роль которых в биохимических процессах мозга тоже далеко не изучена или не изучена совсем.

Мозг дышит

Мозг жадно поглощает кислород. В этом легко убедиться, определив концентрацию кислорода в артериальной и венозной крови. Во время отдыха мозг потребляет кислорода почтой в 20 раз больше, чем мышечная ткань. При напряженной умственной работе потребление кислорода мозгом отчетливо возрастает.

О ненасытной потребности мозга в кислороде свидетельствуют и такие цифры. Вес головного мозга взрослого человека, как правило, составляет 2-2,5 процента веса тела. В то же время мозг потребляет ¹/₅ или даже ¹/₄ часть от всего кислорода, который расходует человеческий организм.

В душной комнате нам плохо думается. Это испытывал, по-видимому, каждый. Некоторые люди особенно тяжело переносят нехватку кислорода. А наши дети? Они еще хуже переносят кислородную недостаточность. И это не случайно. У ребенка до четырехлетнего возраста около половины потребляемого организмом кислорода расходует мозг.

Мозговая ткань — самая чувствительная к наркотикам и этиловому спирту. Даже небольшие концентрации алкоголя угнетают ее дыхание...

Исследователи рассчитали, что запасы кислорода, растворенного в крови, в кровеносных сосудах головного мозга и в самой ткани, весьма ограничены. Всего на 10 секунд хватает ему собственных ресурсов. Если кислород не поступает с током крови, то очень скоро может наступить биохимическая катастрофа.

А собственно говоря, для чего мозговой ткани нужно много кислорода?

Вероятно, для того, чтобы при этом совершалась работа, мозг мог жить. И вот тут мы встречаемся с явлением, которое характерно только для мозга.

Чтобы совершать работу, нужно сжигать какое-то топливо. Вот таким топливом, почти единственным, для мозга служит глюкоза. Кислород, главным образом, и расходуется на окисление этого вещества. Конечные продукты превращения глюкозы — углекислота и вода. Однако при этом образуется другой универсальный источник энергии — молекула АТФ. Она и обеспечивает практически все энергетические затраты мозга.

Мозг в определенном смысле бессребреник. Он не имеет никаких сколько-нибудь солидных запасов глюкозы и живет, как говорится, сегодняшним днем.

Убедиться в этом можно на простом, опыте. Обычной безопасной бритвой нарежем тончайшие ломтики внутренних органов лабораторных мышей: печени, почек, мышц. Срезы коры головного мозга сделать труднее, но можно.

Поместим срезы каждого органа отдельно в физиологический раствор, налитый в маленькие сосуды объемом несколько кубических сантиметров каждый. К сосудикам присоединим стеклянные манометры с делениями. В манометр нальем небольшое количество специально приготовленной и окрашенной жидкости. Теперь всю нашу конструкцию опустим в ванну с теплой водой, но так, чтобы манометр был снаружи ванны, а сосудик — внутри ее. Температура воды в ванне 37 градусов, то есть близка к температуре тела лабораторного животного.

Срезы органов дышат и потребляют кислород. Объем газа в сосудике уменьшается, и это отражается на показаниях манометра. Столбик жидкости ползет кверху. Конечно, медленно, но вполне заметно. Таким образом можно рассчитать, сколько кубических миллиметров кислорода поглотилось навеской ткани в 100 миллиграммов за одну минуту.

И вот тут мы сталкиваемся с необычным явлением. Срезы тканей печени, почек, мышц потребляют кислород с постоянной скоростью в течение довольно-таки длительного времени. Во всяком случае, этот процесс можно наблюдать и пять и десять минут. Другое дело мозговая ткань. Ее дыхание быстро замедляется, но стоит добавить каплю раствора глюкозы, как она оживает и дышит снова с прежней интенсивностью.

Опыт, который мы проделали, очень наглядный. Он свидетельствует, что нервные клетки коры головного мозга покрывают свои энергетические потребности почти исключительно за счет глюкозы, которая транспортируется с током крови.

И вот теперь возникает законный вопрос: каким образом при окислении глюкозы образуется другой универсальный источник энергии — молекулы аденозинтрифосфорной кислоты?

Гиппократ — великий врач Древней Греции — в одном из своих сочинений писал: "Есть в человеке и горькое, и соленое, и сладкое, и кислое, и жесткое, и мягкое, и многое другое в бесконечном числе, разнообразии по свойствам, количеству, силе". На примере окислительных превращений глюкозы в мозгу человека и образовании другого универсального источника энергии — аденозинтрифосфорной кислоты можно проследить систему удивительных превращений "сладкого", глюкозы, в АТФ, "кислое", по Гиппократу.

Если просто сжечь молекулы глюкозы в токе кислорода, образуются вода и углекислый газ. При этом выделится значительное количество энергии. Конечно, этот способ образования энергии неприемлем для живой клетки. Энергия в клетке потребляется небольшими порциями. Она должна образовываться постепенно и накапливаться "про запас". Располагая резервом "консервированной энергии", живая клетка способна чрезвычайно быстро отвечать на изменения внешней среды. Более того, процесс наработки энергии клетка может то замедлять, то резко убыстрять.

Каждый из нас наблюдал это бессчетное количество раз. Например, вы спокойно сидели на стуле. Расход энергии в мышечной ткани был сравнительно небольшой. Вы быстро встали и бросились стремительно бежать; биохимическая фабрика по производству энергии заработала на полную мощность.

Длинная цепь биохимических превращений глюкозы началась. Она насчитывает десятки химических преобразований постепенно расщепляемой молекулы исходного соединения. Но нас в данном случае интересует конечный результат. При полном окислении одной молекулы глюкозы синтезируется тридцать восемь молекул аденозинтрифосфорной кислоты.

Вот теперь становится понятным, почему в головном мозгу энергия нарабатывается главным образом путем окисления глюкозы, путем дыхания. При таком способе ее образуется особенно много. Процесс мышления сопровождается значительной затратой энергии в самом прямом смысле этого слова.

И снова загадки

"Обмен белков нервной ткани изучен еще недостаточно". Так начинается глава учебника для студентов медицинских институтов, учебника современного, солидного, неоднократно переиздававшегося и написанного известными советскими учеными. Это вступление довольно точно отражает состояние дел. Но в то же время благодаря успехам молекулярной биологии исследователи многое узнали о самых интимных сторонах жизни клетки. Установлено, что вся информация о живой клетке записана в молекулах ДНК, что ген — это участок ДНК, кодирующий одну полную полипептидную цепь и что белки — это "молекулярные инструменты", с помощью которых реализуется вся генетическая информация. Говоря житейским языком, "молекулярные инструменты" — это белки, которые есть у родителей и обязательно будут у потомства.

Но кое-что об обмене белков в нервной ткани нам известно. Если стимулировать активность нервных центров коры головного мозга, в них усиливается распад белков. Биохимики в таком случае говорят, что увеличился аминный азот. Даже функциональные изменения нервной деятельности сопровождаются химическими превращениями белков.

Для иллюстрации этого проведем опыт. Возьмем обыкновенных домашних кошек и определим в их мозгу содержание аминного азота. Оно будет различным в разных отделах мозга. Затем с помощью специальных приспособлений на определенный период времени закроем кошке глаза, чтобы она не могла смотреть. В участках, которые связаны с процессами зрительного восприятия, содержание аминного азота понизится. Кошки временно потеряли зрение, и определенным участкам мозга приходилось меньше работать. Во всех остальных отделах мозга зрячих и незрячих животных содержание аминного азота было одинаковым.

Стоит снять приспособления, кошки прозреют, и содержание аминного азота в соответствующих отделах мозга становится таким же, как до начала опыта.

Повышается активность животных и человека, увеличивается выделение аммиака в нервной ткани. Это хорошо наблюдать у животных, которые способны впадать в зимнюю спячку. Спит животное, аммиака в нервной ткани образуется меньше. Животное проснулось, и уровень аммиака незамедлительно возрастает. Аммиак — соединение довольно-таки ядовитое, и организм старается от него побыстрее избавиться. В головном мозгу сравнительно много так называемой глют-аминовой кислоты. Аммиак связывается с ней и образует новое вполне безвредное химическое соединение, которое называется глютамином.

Вообще говоря, глютаминовая кислота занимает особое место в деятельности головного мозга. Особое, но не очень ясно какое. Исследователи определили, что до 80 процентов аминного азота образуется в нем за счет глютаминовой кислоты.

Если белки головного мозга довольно "подвижные" соединения и быстро отвечают на функциональные изменения нервной системы, то липиды мозга значительно более консервативны. Можно взять мышей и длительное время кормить их конопляным маслом. В результате такой диеты состав липидов в печени, кишечнике животных, в подкожном жире изменится. Среди липидов животного происхождения можно будет найти и растительные. А вот состав липидов в нервной ткани будет сохраняться при различном количестве и качестве жиров в съедаемой пище. Чем объясняется такая устойчивость липидов мозга, пока непонятно.

Еще меньше, пожалуй, мы знаем о механизме действия гормонов, которые образуются в мозговом придатке — в гипофизе. Как известно, гипофиз прикрепляется тонкой ножкой к основанию мозга. Связь с мозгом у него самая прямая. Вырабатываемые гипофизом гормоны — это биологически очень активные вещества сложного химического строения.

Гипофизарный гормон роста способен вызвать увеличение размеров и веса тела. У карликов этот мозговой придаток недоразвит. Необычайно высокий рост часто связан именно с повышенной активностью гипофиза в молодом возрасте. Гормон роста, выделенный из гипофиза человека и обезьяны, близок по своему химическому составу, структуре и свойствам.

Другой гормон гипофиза стимулирует деятельность надпочечников, которые вырабатывают гормон адреналин. Он повышает активность головного мозга, а усиление деятельности гипофиза, в свою очередь, связано с возбуждающими импульсами, идущими из коры головного мозга.

Гипофиз вырабатывает гормон, который способствует сохранению беременности и стимулирует образование материнского молока. Наконец, здесь продуцируются гормоны, которые стимулируют деятельность щитовидной железы, вызывают сокращение матки у беременных, повышают кровяное давление и обладают целым рядом других биологических особенностей.

Биохимия гормонов превратилась в самостоятельную область исследования. Успехи этого направления биохимии за последние десятилетия огромны. Однако молекулярные механизмы действия этих регуляторов биологической активности еще далеко не ясны.

Дрессированные золотые рыбки

Изучение биохимических механизмов памяти — одна из самых увлекательных и малоисследованных областей. По-видимому, именно здесь нас ожидают наиболее грандиозные открытия в ближайшие десятилетия. А пока багаж наших знаний, к сожалению, невелик. Кое-что уже сделано. И это кое-что заставляет о многом задуматься. Например, опыты с дрессированными золотыми рыбками.

Золотистого карася, его обычно называют золотой рыбкой, оказывается, можно дрессировать. Для опытов брали длинный стеклянный аквариум с перегородкой посредине. Перегородка, однако, не доходила до самого верха. Если аквариум заливали водой, то золотая рыбка могла при желании переплыть из одного конца аквариума в другой над перегородкой. В каждой половинке этого учебного класса вдоль боковых стенок прикреплялись металлические сетки, служившие электродами. Если через сетку пропускали слабый ток, рыбка получала слабый удар. На торцовых сторонах аквариума располагались обычные электрические лампочки.

Аквариум помещали в темную комнату. Затем зажигали лампочку в том отсеке, где плавала рыбка-ученица. Спустя двадцать секунд через сетку-электрод пропускали ток. Спасаясь от электрического удара, золотая рыбка перебиралась в темный отсек, где ее ничто не беспокоило. Урок повторяли многократно.

Рыбки довольно легко обучались переплывать из одного отсека в другой только при зажигании одной лампочки, которая предупреждала их, что скоро последует серия неприятных электрических разрядов. Следовательно, вся разница между дрессированными и недрессированными золотыми рыбками состояла в том, что первые переплывали в темную часть аквариума при зажигании одной лампочки. Необученные убегали ц темноту только после легких электрических ударов. Свет не вызвал у них никаких отрицательных эмоций.

С помощью очень тонкой иглы группе золотистых карасей под череп вводили очень небольшое количество антибиотика пуромицина. И вот тут обнаружились совершенно неожиданные вещи. Оказалось, что, когда антибиотик вводили немедленно после урока, караси начисто забывали все, чему их учили. А если такое же количество пуромицина вводили в мозг через час после окончания урока, золотые рыбки твердо помнили все, чему их научили.

Этот, казалось бы, простой опыт наводил на серьезные размышления. Ход рассуждения у экспериментаторов был примерно следующим. Если после окончания " урока проходил час, то в памяти карасей успевало "записаться" содержание уроков, и антибиотик уже не мог помешать этому. Если это так, рассуждали ученые, надо знать, по крайней мере, как и на что действует пуромицин.

Вспомним основные этапы биосинтеза белка. Молекула собирается из аминокислот. События развертываются в следующей последовательности. Сначала аминокислота активируется. Этот процесс идет с помощью специального фермента и уже знакомой нам аденозинтрифосфорной кислоты — универсального источника энергии живой клетки. Затем активированная аминокислота взаимодействует с транспортной рибонуклеиновой кислотой. Т-РНК "подтягивают" (транспортируют) аминокислоты к рибосомам. Именно здесь происходит сборка белковых молекул.

Информация о том, какой белок должен быть построен, поступает от молекул ДНК. Этот процесс тоже идет в определенной последовательности. Сначала информация о том, какой белок надо строить, передается от ДНК так называемой м-РНК. Она, как и все другие нуклеиновые кислоты, состоит из нуклеотидов. Так вот, сочетание трех нуклеотидов и определяет, какая именно аминокислота из двадцати будет включаться в белок.

А потом наступает процесс синтеза белка на рибосоме. С одной стороны к ней подходит переносимая т-РНК аминокислота, а с другой — несущая информацию о том, какой белок надо строить, м-РНК. Рибосома двигается вдоль м-РНК и "считывает" записанную в ней информацию. Аминокислоты включаются в полипептидные цепи, из которых формируется молекула белка.

А теперь вернемся к антибиотику пуромицину, о котором речь шла выше. Оказалось, что он останавливает образование полипептидной "Цепи на рибосоме. Делает это он необычным способом. Сама молекула пуромицина присоединяется к концу полипептидной цепи, блокирует его, и ее рост прекращается/Образуется укороченная полипептидная цепь. Более того, она оканчивается пуромицином, который в нормальных условиях у карасей никогда не встречается.

Но ведь пуромицин, который вводили золотым рыбкам, мешал им запомнить содержание урока, когда антибиотик давали сразу после окончания дрессировки. Механизм памяти, рассуждали исследователи, по-видимому, связан с синтезом белка. Если помешать этому, рыбки не помнят урока. Если же белок синтезировался, введение пуромицина ему повредить не может. И рыбки сохраняют знания, полученные в процессе дрессировки.

Это было смелое предположение. Оно вызвало огромный интерес, хотя трактовка опытов разными учеными и не была единодушной.

Один из авторов увлекательных экспериментов с золотыми рыбками, Б. Агранов, как-то заметил: "Сейчас, на пороге захватывающих открытий в области биологии мозга, четко поставленные эксперименты важнее любых самых смелых теорий. И надо сказать, некоторые привычные представления, обязанные долговременной памяти самих исследователей, работающих в этой области, часто служат препятствием, а не подспорьем в изучении всех имеющихся возможностей".

Слова известного ученого, по-видимому, довольно точно отражают ситуацию, сложившуюся в этой захватывающей области современной биохимии.

Подумаем о памяти

Многие ученые склоняются к мнению, что существует три вида памяти.

Первая — это непосредственный отпечаток полученной информации, которая поступает через наши органы чувств. Понять, что это так, можно на простом опыте. Закроем глаза, откроем их на мгновение и снова закроем. Сначала увиденная нами картина помнится четко и ясно, затем она медленно "тает" и вскоре исчезает совсем. Вы видите, так сказать, с закрытыми глазами. Увиденное помнится короткий промежуток времени, пожалуй, не более 0,1-0,5 секунды.

Второй вид памяти — кратковременная. Продемонстрировать ее можно с помощью несложного эксперимента. Вот какой опыт поставили исследователи Л. и М. Петерсоны. Они отобрали две группы испытуемых. Первую просили запомнить какие-нибудь три буквы, например: б, р, т, а затем удержать их в памяти в течение 18 секунд.

Вторую группу просили запомнить эти же три буквы, но в течение последующих 18 секунд вести "обратный" счет тройками, начиная с какого-нибудь произвольно заданного числа. Например, 487, 484, 481, 478 и т. д. И вот оказалось, что первая группа испытуемых была способна удержать в памяти в течение 18 секунд три названные буквы: б, р, т. Во второй группе эти три буквы не удалось запомнить никому. Определенная умственная работа, которую они . проделывали (обратный счет тройками), помешала им запомнить буквы. Кратковременная память, говорят исследователи, имеет малую емкость и очень короткий срок жизни.

Наконец, исследователи выделяют еще один вид памяти — долговременную. Это наиболее важная и наиболее сложная из всех видов памяти. Ее возможности чрезвычайно большие. Вот несколько примеров этого вида памяти: умение читать, писать, считать... Ведь вы помните это всю жизнь.

Количество информации, удерживаемой памятью, очень велико. Поэтому извлечь из нее именно те сведения, которые необходимы в данный момент, дело нелегкое. И тем не менее отыскать необходимое удается, как правило, очень быстро. Ведь когда мы, например, читаем, всегда приходится обращаться именно к долговременной памяти. При этом происходит интерпретация символов печатного текста, мы должны вспоминать значение слов...

И снова возникает один из самых трудных вопросов: а каковы биохимические механизмы памяти?

Исследования в этой области. науки фактически только начинаются. И в то же время экспериментаторами получены поразительные, хотя иногда и противоречивые, результаты.

Живет довольно-таки своеобразный и примитивно организованный червь, который называется "планария". Он имеет одну особенность: если перерезать червя пополам, каждая из половинок через какое-то время полностью регенерирует в целый организм. И вместо двух половинок появятся две целые планарии.

Теперь научим чему-нибудь этого червя. Иными словами, выработаем у него какой-нибудь рефлекс. Осветим планарию ярким светом электрической лампочки, а вслед за этим будем раздра кать слабым электрическим током. Под влиянием тока животное будет сокращаться. Через некоторе время условный рефлекс выработается. Иными словами, стоит только планарию осветить светом лампочки, как червь "вспомнит" об электрическом ударе и сократится, хотя удара и не последует. Дрессировка планарий закончена.

Теперь разрежем всех червей пополам и подождем, когда из каждой половинки вырастет взрослая планария. И вот оказалось, что оба животных, и то, которое вырастает из хвостовой части, и то, которое регенерирует из головной части, помнят все, чему научили исходную планарию.

Это явление, конечно, поразительное. Естественно, исследователи думали, что урок могут помнить только те планарий, которые выросли из головной части червя. Оставалось предположить, что память об уроке распространилась в исходной планарий по всему организму. Что же в таком случае лежит в биохимической основе памяти? По крайней мере, у планарий.

К этому времени ученые уже знали, что генетическая информация, индивидуальная для каждого организма, заключена в гигантских молекулах ДНК. Передача этой информации происходит с помощью другой нуклеиновой кислоты — РНК. Было высказано предположение, что РНК может передавать и приобретенный опыт от одного животного к другому. Иными словами, что память у планарий связана с РНК.

Чтобы проверить это, поставили соответствующие опыты. Половинки обученной планарий выращивали в растворе, содержащем фермент, разрушающий РНК, рибонуклеазу. И вот оказалось, что червь, выраставший из головной части животного, как и прежде, помнил выученный урок и отвечал сокращением на вспышку электрической лампочки. Планария, регенерировавшая из хвостовой половинки, урока не помнила.

На основании этих опытов можно сделать, по крайней мере, несколько предварительных выводов. По-видимому, говорят исследователи, у планарий память переносится с помощью РНК. Но чтобы планария вспомнила урок, головная часть необходима (старая или вновь выросшая). Поэтому у обученной планарий, выросшей из головной части, память успела, так сказать, закрепиться в этой головной части, а в выросшей из хвостовой — новая головная часть не получила информации об уроках. Логично предположение, что переносчиком памяти у планарий была именно рибонуклеиновая кислота, которая оказалась разрушенной ферментом, подмешанным к раетвору.

Надо сказать, что интерпретация полученных результатов вызвала горячие споры. Ведь разрушение или ослабление памяти с помощью химического соединения, например, с помощью фермента рибонуклеазы, еще не доказывает, что само запоминание основано на химическом кодировании с помощью РНК. Вполне вероятно, что при этом нарушалось нормальное функционирование нервной системы.

Еще более острую полемику вызвали опыты, которые связывали с так называемым переносом памяти от одного животного к другому.

Планарию, приученную реагировать на вспышку электрической лампочки, измельчали в кашицу. Затем этой кашицей кормили другую, но уже необученную планарию. И вот оказалось, что после такой диеты необученный червь быстрее усваивал уроки, у него скорее вырабатывался условный рефлекс на свет и раздражение электрическим током. Создавалось впечатление, что приобретенный первой планарией опыт как бы частично передавался второму, необученному червю.

Эти опыты, несмотря на внешнюю эффективность, встретили крайне скептическое отношение в мире ученых. Вероятнее всего, результаты этих исследований не имеют никакого отношения к биохимическим механизмам памяти. Более логично предположение другого порядка: необученная планария просто получала улучшенное питание, быстрее росла и легче усваивала уроки.

Еще более бурную дискуссию вызвали эксперименты по выделению "субстанции страха" или "субстанции спокойствия". Вот один из подобных экспериментов, проведенных Г. Унгаром с сотрудниками и опубликованный в 1966 году.

Некоторые лабораторные животные, как и люди, вздрагивают от неожиданного громкого звука. После многократного повторения ответная реакция снижается и наконец пропадает. Животные привыкли. Чтобы выработать такую реакцию у крыс, Г. Унгеру потребовалось 9 дней.

Из головного мозга обученных крыс делали кашицу, а затем из нее готовили раствор. Он, конечно, содержал набор самых разнообразных химических веществ. Если этот раствор вводили обыкновенным лабораторным мышам, то у них реакция привыкания к громким звукам вырабатывалась через 1-2 дня (в среднем). Если же точно такой раствор готовили из мозга необученных крыс и вводили другой группе мышей, то мыши привыкали к громким звукам (и, следовательно, не вздрагивали) только через 11 дней. Цифры, конечно, впечатляющие: 1-2 дня и 11 дней.

Результаты этих опытов позволили некоторым исследователям говорить, что в растворах, получаемых из мозга обученных крыс, содержалась некая "субстанция спокойствия". И вот именно она делала мышей более устойчивыми к громким звукам.

С легкой руки некоторых зарубежных органов печати отдельные не в меру горячие авторы стали поговаривать о возможностях переноса даже самой памяти от одного вида животных к другому.

К подобной трактовке опытов на крысах многие современные исследователи относятся весьма скептически. Вполне возможно, говорят они, в растворе, приготовленном из мозга обученных крыс, действительно содержится какое-то новое химическое соединение. Но это вещество, конечно, ничего общего с памятью не имеет.

Вот простая аналогия. Вы устали готовиться к трудной контрольной работе. Выпив стакан крепкого, свежезаваренного чая, вы почувствовали себя лучше. Голова стала яснее. Но ведь кофеин, содержащийся в чае, — это, конечно, не память.

Изучение биохимических механизмов памяти только началось. Как это ни парадоксально звучит, лишь теперь становится очевидным, как мы мало знаем о своей памяти.

Наше повествование о "закономерных чудесах" современной биохимии подошло к концу. Конечно, рассказы о трудных и радостных путях исследования "самой золотой из всех молекул" — нуклеиновой кислоте, об энергетике живой клетки и поиске новых лекарств, о давней мечте человека — универсальном "лекарстве от всех болезней", о тайнах биохимических процессов нашей памяти, о радиационной биохимии — науке атомного века — лишь небольшая крупица того, чем занимается современная биохимия. Перспективы этой науки необозримы. Результаты ее открытий преобразуют нашу жизнь.

Недавно закончил свою работу XXV съезд Коммунистической партии Советского Союза. На нем была намечена невиданная по своей грандиозности программа развития науки на ближайшее пятилетие. Необходимо "усилить исследования в области молекулярной биологии, физиолого-биохимических и иммунологических основ жизнедеятельности человеческого организма, — говорится в этой программе, — с целью ускорения решения важнейших медико-биологических проблем борьбы с сердечно-сосудистыми, онкологическими, эндокринными, вирусными и профессиональными заболеваниями, болезнями нервной системы".

Таким образом, перед советскими биохимиками, перед молодыми учеными открываются широкие возможности приложения своих творческих сил. И можно не сомневаться, что наши ученые с честью выполнят почетные задания Родины.