Metody podglądania mózgu

Tęczowa masa
Czy świecące wieloma kolorami neurony pomogą rozwiązać tajemnice mózgu i stworzyć myślące małpy?

Nie każda szara masa ma coś wspólnego z mózgiem – zauważył celnie Stanisław Jerzy Lec. Ale ten błyskotliwy aforyzm można odwrócić – każdy mózg ma wiele wspólnego z szarą masą. To właśnie szaro-różowa substancja o konsystencji jajka na miękko w przeważającej części wypełnia nasze głowy. Dlatego mózg na pierwszy rzut oka wydaje się zupełnie nieatrakcyjny w porównaniu z innymi organami ciała. Do tego stopnia, że przez wieki głowiono się, czy aby na pewno jest siedzibą ludzkiego umysłu. Pionierzy anatomii z czasów starożytnego Rzymu utrzymywali nawet, że kluczową rolę odgrywają w nim puste przestrzenie wypełnione płynem, a pozostała galaretowata masa nie ma wielkiego znaczenia i stanowi wyłącznie opakowanie.

W XVII w. przyrodnicy po raz pierwszy zobaczyli pod mikroskopem komórki organizmów żywych. W pierwszej połowie XIX w. wiedziano na ich temat tak dużo, że przyjęto teorię komórkowej budowy wszystkich ziemskich organizmów. Z jednym wyjątkiem – nie potrafiono dostrzec tych mikroskopijnych cegiełek życia w mózgu. Przez to organ ten wydawał się jeszcze bardziej tajemniczy i odmienny od reszty ciała. Podejrzewano, że mózg może składać się z dziwnych komórek, płynnie przechodzących jedna w drugą. Doskonale pasowało to do fenomenu ludzkiej świadomości – nasze ja, stanowiące jedność, miałoby swój fizyczny nośnik w postaci czegoś, co przypomina wielką i skomplikowaną superkomórkę.

Pierwszym człowiekiem, który zobaczył komórki nerwowe, był włoski lekarz i uczony Camillo Golgi. W latach 70. XIX w. wpadł na pomysł, by do zabarwiania tkanki mózgowej użyć soli srebra. Dzięki temu komórki nerwowe stawały się czarne, a ich otoczenie pozostawało jasne. Metoda Golgiego miała jednak wiele niedoskonałości – struktura wybarwionych neuronów często nie była wystarczająco klarowna, a wyniki trudne do powtórzenia. Zniechęcony Golgi porzucił ich badanie na rzecz malarii i pozostał gorącym zwolennikiem teorii płynnego przechodzenia neuronów jednego w drugi.

Malarz neuronów

Do ostatecznego rozstrzygnięcia zagadki budowy układu nerwowego potrzebny był geniusz i wytrwałość innego uczonego – hiszpańskiego lekarza Santiago Ramón y Cajala. Od dzieciństwa chciał być malarzem, jednak w końcu zdecydował się na studia medyczne. Gdy w 1887 r. zapoznał się z pracami Golgiego, był pod takim wrażeniem, że postanowił poświęcić swoją naukową karierę badaniom mózgu. Udoskonalił metodę włoskiego naukowca, a niewygasła pasja malarska oraz ogromna wytrwałość i drobiazgowość sprawiły, że jako pierwszy przedstawił światu dokładny wygląd komórek nerwowych. Jego szkice tkanki nerwowej są tak precyzyjne, że nawet dziś służą jako ilustracje podręczników neuroanatomii.

Hiszpan szybko doszedł do wniosku, że teoria jedności tkanki nerwowej w mózgu jest błędna. Według niego, organ ten składał się z ogromnej liczby odrębnych komórek komunikujących się między sobą. Tajemnicą jego geniuszu pozostanie, jak udało mu się, stosując ówczesne metody badawcze, dojść do prawidłowego wniosku, że neurony wysyłają sygnały do innych neuronów (lub tkanek, np. mięśni) za pomocą pojedynczej gałęzi (czyli tzw. aksonu), wyrastającej z ciała komórki, a odbierają sygnały poprzez nawet tysiące gałązek zwanych dendrytami.

Miriady komórek

Dziś wiemy, że mózg człowieka składa się z ok. 100 mld komórek nerwowych (oprócz nich tkankę nerwową tworzą także komórki glejowe, m.in. odżywiające i chroniące neurony). To mniej więcej tyle, ile jest gwiazd w naszej Galaktyce. Ale jeszcze większe wrażenie robi szacowana liczba połączeń między komórkami – jeden neuron może mieć ich nawet do kilkunastu tysięcy. Jedni twierdzą, że liczba (potencjalnych, a nie rzeczywistych!) połączeń jest większa niż gwiazd w całym Wszechświecie.

Choć więc wygląd komórek nerwowych nie stanowi dziś tajemnicy, to poznanie, jak tworzą się i dokładnie przebiegają połączenia między nimi, do niedawna było właściwie niemożliwe. Nauka nie dysponowała bowiem o wiele doskonalszymi metodami wybarwiania neuronów niż sto lat temu. Jednak ostatnie lata przyniosły rewolucyjne zmiany w tej dziedzinie, m.in. za sprawą grupy neurobiologów z Uniwersytetu Harvarda oraz… genu meduzy.

Żeby to wyjaśnić, musimy cofnąć się do 1962 r., gdy japoński uczony Osamu Shimomura odkrył niezwykłe białko w ciele pewnego stułbiopława (czyli potocznie mówiąc: meduzy), za co – wraz z dwoma innymi naukowcami – otrzymał w 2008 r. Nagrodę Nobla. Niesamowitą cechą tej cząsteczki było to, że wystarczyło skierować na nią trochę ultrafioletu, by zaświeciła piękną zieloną barwą.

Po co bezokiej meduzie takie chemiczne cudo, do dziś nie wiadomo. Ale okazało się ono ogromnie przydatne naukowcom – było bowiem nietoksyczne, a więc bezpieczne dla innych organizmów. Z czasem udało się je – a dokładnie mówiąc: gen kodujący świecące białko – wstawiać, za pomocą metod inżynierii genetycznej, np. do komórek myszy oraz łączyć z innymi białkami. Dzięki temu naukowcy otrzymali świetne narzędzie do śledzenia pod mikroskopem rozwoju nowotworów czy procesów zachodzących wewnątrz komórek. W 2004 r. Tom Kirchhausen z Harvard Medical School zrobił film szczegółowo pokazujący, jak naznaczony świecącym białkiem wirus atakuje komórki. Z czasem w laboratoriach powstały jeszcze silniej świecące białka niż te pochodzące od meduzy, a na dodatek skonstruowano proteiny potrafiące emitować niebieską, cyjanową, żółtą i czerwoną barwę.

Trzy lata temu dwóch profesorów z Uniwersytetu Harvarda, Jeff Lichtman i Joshua Sanes, wpadło na pomysł zastosowania tych niezwykłych cząsteczek do badań nad mózgiem. Idea była prosta: gdyby każdemu z neuronów dać inną barwę, to z łatwością da się obserwować powstawanie i strukturę połączeń między nimi.

Uczeni wszczepili więc myszom świecące białka, a na dodatek zrobili to tak sprytnie, że w każdym neuronie znajdowało się wiele genów kodujących różne kolory. Co więcej, aktywowały się one w sposób losowy, co gwarantowało otrzymanie wielu barw. Np. gdy zadziałał gen kodujący zielone białko oraz dwa geny czerwone, to w rezultacie neuron świecił na pomarańczowo. Ale już sąsiednia komórka nerwowa miała kolor niebieski, ponieważ inaczej zadziałały w niej geny. Amerykańscy uczeni uzyskali w ten sposób paletę prawie stu barw, a myszy były w stanie przekazywać zdolność świecenia neuronów potomstwu. Dziś w laboratorium Wydziału Biologii Molekularnej i Komórkowej Uniwersytetu Harvarda żyje już drugie pokolenie tych niezwykłych gryzoni.

To jest właśnie dowód na prawdziwość Inteligentnego Projektu – śmieje się prof. Jeff Lichtman, nawiązując do słynnej pseudonaukowej teorii, głoszącej, iż powstanie życia na Ziemi zawdzięczamy rozmyślnemu działaniu stwórcy (mógł nim być Bóg albo kosmici). – Po raz pierwszy w historii życia na naszej planecie jedno zwierzę, dzięki swojemu umysłowi, precyzyjnie zaprojektowało dziedziczne cechy innego zwierzęcia.

 

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną