Идея
В 2008 году биологи Блэкистон и Вайс из Джорджтаунского университета сделали неудобный эксперимент. Они обучили гусениц бражника Manduca sexta избегать определённого запаха с помощью слабых ударов тока. Потом дождались метаморфоза. Потом проверили взрослых бабочек.
Бабочки продолжали избегать того же запаха.
Это звучит как мелочь. Но для нейронауки это проблема.
Что происходит внутри куколки
Метаморфоз — не плавная перестройка. Гусеница внутри куколки переживает гистолиз: ферменты растворяют большинство тканей в буквальный биологический суп. Мышцы, органы, значительная часть нервной системы — всё разбирается на молекулярные «запчасти». Потом из этого супа строится принципиально другое существо.
Классическая теория памяти утверждает: память хранится в синаптических связях — весах между нейронами. Синаптические связи при гистолизе уничтожаются. Значит, и память должна уничтожиться.
Она не уничтожилась.
Три объяснения
Ни одно из них не получило прямого экспериментального подтверждения применительно к метаморфозу. Все три остаются открытыми гипотезами.
1. Нейроны-«ковчеги»
Не все нейроны гусеницы погибают при метаморфозе. Особенно хорошо выживают клетки грибовидных тел (corpora pedunculata) — структур мозга насекомых, отвечающих за обонятельную память. Возможно, именно в них, не претерпевших гистолиза, и сохраняется условный рефлекс.
Элегантное объяснение, не требующее радикальных гипотез. Но не объясняет, почему память сохраняется у видов с более полной перестройкой нервной системы.
2. Эпигенетическая запись
Метилирование ДНК и модификации гистонов способны «записывать» опыт в клеточной памяти, не зависящей от синаптических связей. Эпигенетические метки переживают деление и дифференцировку клеток.
Механизм хорошо изучен в других контекстах. Прямых доказательств его роли при метаморфозе пока нет.
3. Orch OR: одна из версий
В 1996 году Роджер Пенроуз и Стюарт Хамерофф предложили теорию Orchestrated Objective Reduction (Orch OR): сознание и память могут реализовываться через квантовые вычисления в микротрубочках — белковых цилиндрических структурах внутри нейронов.
Тубулиновые димеры, из которых состоят микротрубочки, могут находиться в суперпозиции двух конформационных состояний. «Квантовые биты» в нанотрубках диаметром 25 нм, защищённые от декогеренции упорядоченной водой внутри.
Микротрубочки — часть цитоскелета. Они устойчивее синаптических соединений и при метаморфозе сохраняются дольше. Если память закодирована в конформационных паттернах тубулина — она могла бы пережить гистолиз.
Orch OR — разработанная теория с математическим аппаратом, поддерживаемая Институтом Пенроуза. Тем не менее в нейронаучном сообществе она не является общепринятой позицией: прямых экспериментальных подтверждений квантовой суперпозиции в нейронных микротрубочках пока нет, а главное возражение — декогеренция в тёплой биологической среде — остаётся предметом дискуссии. Пенроуз и Хамерофф предлагают ответ (экранирование упорядоченной водой), но он тоже не верифицирован.
Память куколки не доказывает Orch OR — она лишь задаёт вопрос, на который эта теория, наряду с двумя другими, предлагает свой ответ.
Почему это важно
Если хотя бы одна из молекулярных гипотез верна — наше представление о природе памяти нуждается в пересмотре. Память — не только «веса связей» в нейронной сети. Это может быть молекулярный код, записанный в структурах более долговечных, чем синаптические контакты.
Это меняет вопрос «где хранится память?» с уровня нейронных сетей на уровень молекулярной биологии — и ни один из трёх предложенных ответов пока не закрыт.
Вопросы для обсуждения
-
Если память куколки объясняется нейронами-«ковчегами» — что это говорит о границе личности? Гусеница и бабочка — одно существо или два, связанных «биологической нитью» выживших клеток?
-
Синаптическая теория памяти работает для млекопитающих — но универсальна ли она? Может ли одна и та же функция (память) реализовываться разными механизмами у разных видов?
-
Orch OR критикуют за то, что квантовая когерентность в тёплой среде нестабильна. Но квантовая биология уже нашла когерентность в фотосинтезе при комнатной температуре. Меняет ли это силу возражения?
-
Если память хранится в конформационных паттернах белков — можно ли её «скопировать» или «перенести»? Что это значит для понимания идентичности?
-
Пенроуз пришёл к теории сознания через математику (теорема Гёделя) и физику (квантовая гравитация). Блэкистон и Вайс — через биологию бабочек. Это конвергенция или случайное совпадение направления поиска?