Czy możemy dziedziczyć pamięć? Wedle klasycznego darwinizmu – nie. Ale zdarza się, że to, co przeżyli rodzice, odzywa się w dzieciach.
Jak wiele opowieści w biologii, ta również zaczyna się od myszy. Oto kilka lat temu amerykańscy naukowcy, Brian Dias i Kerry Ressler, pokazali, że gryzonie te mogą dziedziczyć skojarzenia związane z zapachami. Naukowcy aplikowali myszom acetofenon – związek chemiczny o aromacie suszonych róż. Zapachowi towarzyszyły nieprzyjemne (choć niegroźne) wstrząsy elektryczne. Zwierzęta szybko zaczęły się bać acetofenonowej woni. I nie byłoby w tym nic niezwykłego, gdyby nie kolejny etap eksperymentu.
Oto bowiem myszy – płci męskiej, bo specjalnie wybrano tylko samce, żeby wyeliminować efekty ciąży i opieki nad potomstwem – zostały ojcami następnego pokolenia. I, jak się okazało, to nowe pokolenie odziedziczyło strach po swoich rodzicach, mimo że nie miało z nimi żadnego kontaktu i nikt go nigdy prądem nie raził. Ba, nie tylko myszki powstałe z zapłodnienia in vitro bały się zapachu suszonych róż, lecz także ich potomstwo – a więc wnuki tych poddanych eksperymentowi.
Czy te badania otwierają naukę na możliwość dziedziczenia wspomnień? I innych cech nabytych? Niestety, jak to zwykle w nauce bywa, prawda jest złożona, a odpowiedź można podsumować niemieckim słówkiem jein, czyli tak… i nie.
Biologiczny bigos
Przyjrzyjmy się sprawie od podstaw, czyli od DNA. Mówi się czasem, że genom – zestaw genów, który każdy z nas posiada – zawiera projekt całego organizmu. Studenci biologii już w pierwszych latach studiów dowiadują się jednak, że to uproszczenie: geny nie określają wyglądu organizmu w każdym szczególe, tak jak projekt nie determinuje wyglądu budynku bądź maszyny. Richard Dawkins ukuł lepszą metaforę: geny zapisane na DNA to coś w rodzaju książki kucharskiej. Chociaż przepis na bigos może być podany bardzo dokładnie – 1,5 kg kiszonej kapusty, 2 cebule, szklanka czerwonego wina, dusić 4 godziny – w każdym domu potrawa będzie smakowała trochę inaczej, nawet jeśli wszyscy korzystają z tej samej książki kucharskiej.
DNA w naszych komórkach przypomina taką książkę kucharską. Rzecz w tym, że prawie wszystkie nasze komórki mają dokładnie taką samą kopię genomu. Skąd więc komórki wątroby wiedzą, że są komórkami wątroby i powinny się zachowywać jak komórki wątroby, a nie na przykład komórki nerwowe? Gdyby DNA było dokładnym projektem każdej komórki, bylibyśmy bezkształtną masą złożoną z miliardów identycznych komórek! Tak jednak nie jest – i naukowcy od dawna zastanawiali się dlaczego. Okazało się, że odpowiadają za to przede wszystkim tzw. zmiany epigenetyczne.
Poplamione kartki
Zadziwiające, jak daleko można rozciągnąć dobrą metaforę. Bo czy mieliście kiedyś w ręce starą książkę kucharską, taką, która jest w domu od pokoleń? Pożółkłą, poplamioną, z której wypadają często używane strony, a na marginesach jest mnóstwo notatek i uwag? W każdym domu te uwagi mogą być inne. Jedni dopiszą do przepisu na mazurek, że należy dodać do kruchego ciasta trochę smalcu, inni z kolei, że żółtek ma być więcej, a połowę z nich trzeba ugotować i zetrzeć na tarce. Zmiany epigenetyczne to właśnie te zapiski na marginesach.
Trochę ciężko to wszystko sobie wyobrazić, ale, o dziwo, każde z nas widziało kiedyś, a nawet głaskało, żywy przykład zmian epigenetycznych – bo każdy chyba kiedyś napotkał kota o umaszczeniu w plamy rude i czarne, czyli szylkretowego. Kota? Nie, kotkę. Jeśli umaszczenie jest szylkretowe, to prawie na pewno mamy do czynienia z kotką. Rzecz w tym, że geny odpowiedzialne za kolor sierści znajdują się na chromosomie X. Samice mają dwa takie chromosomy, a każdy z nich może mieć gen odpowiadający za inną barwę: jeden wariant może odpowiadać za rudy kolor, a drugi – na drugim chromosomie – za czarny. Na przykład mama mogła być czarna, tata zaś rudy. Jednak w jednej komórce może działać tylko jeden chromosom X, dlatego na wczesnym etapie rozwoju w każdej komórce chemiczne modyfikacje (notatki na marginesie książki kucharskiej) „wyłączają” jeden z chromosomów. Który – to w dużej mierze dzieło przypadku.
Może się więc zdarzyć tak, że w jednej komórce włączony został chromosom z genem rudego taty-kota, natomiast w sąsiedniej – chromosom z genem czarnej mamy. Z każdej z nich podczas rozwoju embrionalnego powstaje wiele kolejnych, a każda taka grupa komórek odpowiada plamie na futrze kotki.
Modyfikacje epigenetyczne mają olbrzymie znaczenie dla specjalizacji komórek. W konsekwencji większość z nich nie potrafi swojej specjalizacji zmienić. Jeśli w książce kucharskiej zamazano flamastrem wszystkie dania mięsne, chcąc nie chcąc jemy wegetariańsko. Jeśli wypadły kartki z deserami, kończymy posiłek na drugim daniu.
Raz wprowadzone modyfikacje przeprogramowują zwykłą komórkę na zawsze. A podczas podziału obie komórki potomne dziedziczą modyfikacje. To właśnie sprawia, że klonowanie organizmu ze zwykłej komórki jest tak trudne. Aby książka kucharska znów była użyteczna dla wszystkich typów komórek, musi zostać naprawiona, a notatki na marginesach – usunięte. Taki „reset” następuje w zapłodnionej komórce jajowej.
Dzieci głodu zimowego
Jednak mimo „resetu” przeżycia czasem przenoszą się między pokoleniami, także u ludzi. Jeden z najbardziej wstrząsających na to przykładów pochodzi ze współczesnej historii Holandii. W listopadzie 1944 r. niemiecka blokada – represja za strajk kolejarzy, który miał pomóc wysiłkom aliantów – odcięła miasta niderlandzkie od dostaw żywności i opału. Głód zimowy dotknął ponad 4 mln osób, ponad 20 tys. z nich zmarło. Jednocześnie służba zdrowia i państwowe instytucje działały bez zmian, więc okres ten jest dobrze udokumentowany – wiadomo dokładnie, jakie były racje żywnościowe, zarejestrowane są wszystkie zgony i narodziny. Głód skończył się niemal równie nagle, jak się zaczął, w maju 1945 r. Mimo to jego efekty były bardziej dalekosiężne: wśród Holendrów urodzonych zaraz po wojnie częściej występują problemy zdrowotne, przede wszystkim cukrzyca, otyłość i choroby krążenia. Dotyczy to jednak tylko tych, których matki były niedożywione w pierwszych miesiącach ciąży: jeśli ciąża w listopadzie 1944 r. była już zaawansowana, efekt nie wystąpił.
Holenderscy naukowcy pokazali, że u dzieci, których życie płodowe rozpoczęło się podczas głodu zimowego, nastąpiły modyfikacje epigenetyczne, m.in. w genie IGF2 – insulinopodobnym czynniku wzrostu powiązanym z otyłością i ryzykiem cukrzycy. Co więcej, dziedziczyło się też efekty niedożywienia ojców, więc nie był to jedynie wpływ środowiska, w którym rozwijała się ciąża. W dodatku efekt dotyczył nie tylko dzieci – u wnuków ofiar głodu zimowego również częściej niż u innych występują problemy ze zdrowiem.
Jak przypuszczają brytyjscy naukowcy Charles Hales i David Barker, opisany mechanizm jest ewolucyjnym przystosowaniem do okresów głodu. Można na przykład wyobrazić sobie, że długie okresy dobrego dostępu do pożywienia przerywane są długimi okresami niedostatku. Wówczas korzystne byłoby, by rodzące się dzieci z góry były przygotowane na świat, w którym przyjdzie im żyć. Otyłość, cukrzyca i choroby układu krążenia są efektami ubocznymi tego, że głód szybko zniknął; gdyby trwał, to modyfikacje przyniosłyby korzyść, pozwalając na efektywniejsze wykorzystanie dostępnego pożywienia. Jak dotąd nie wiemy, czy tak rzeczywiście jest, ale hipoteza jest warta przebadania.
A oto jeszcze jeden, niestety również smutny, przykład. Odkryto, że u dorosłych osób, które w dzieciństwie były maltretowane, występują specyficzne zmiany epigenetyczne. Są do tego stopnia charakterystyczne, że na ich podstawie można z dużą pewnością powiedzieć, czy dana osoba była za młodu dręczona. Więcej: modyfikacje odkryto też w plemnikach badanych mężczyzn. Istnieje więc możliwość, iż także dzieci pośrednio odczują efekty krzywd zadanych rodzicom. Nie wiemy, jakie to dokładnie efekty: bardzo trudno odróżnić skutki wychowania i kultury od cech dziedziczonych epigenetycznie.
Sekret resetu
Epigenetyka to nauka fascynująca, ale trzeba pamiętać, że największe osiągnięcia w tej dziedzinie – oraz najintensywniejsze badania – dotyczą rozwoju komórek, a nie dziedziczenia międzypokoleniowego. To ostatnie znamy tylko z garści przykładów: myszy bojące się zapachu róż, głód zimowy i, jak dotychczas, niewiele więcej. Aby epigenetyczne zmiany naprawdę mogły być przekazywane na przestrzeni pokoleń, muszą przetrwać „reset”, który następuje po zapłodnieniu; mechanizmy za tym stojące zaczynamy dopiero poznawać.
Dobra wiadomość jest jednak taka, że my, ludzie, naprawdę potrafimy dziedziczyć wspomnienia – i to nie tylko przez pokolenia, ale przez dziesiątki, a nawet setki pokoleń. Możemy dziedziczyć wspomnienia innych, również niespokrewnionych z nami ludzi, pamiętać ich przeżycia, doświadczenia, sny, obawy, nadzieje, radości. I nie potrzeba do tego głodu ani elektrowstrząsów.
Wystarczy umiejętność czytania.
Czytaj również:
