Tadeusz Meszko

Jak żyć w zgodzie z genami. Genetyczna matryca duszy

CZYTA ROBERT MICHALAK

Saga

Jak żyć w zgodzie z genami. Genetyczna matryca duszy

Copyright © 2015, 2021 Tadeusz Meszko i SAGA Egmont

Redakcja i korekta: Paweł Depczyk

Zdjęcie na okładce: Shutterstock

Wszystkie prawa zastrzeżone

ISBN: 9788726969061

1. Wydanie w formie e-booka

Format: EPUB 3.0

Ta książka jest chroniona prawem autorskim. Kopiowanie do celów innych niż do użytku własnego jest dozwolone wyłącznie za zgodą Wydawcy oraz autora.

www.sagaegmont.com

Saga jest częścią Grupy Egmont. Egmont to największa duńska grupa medialna, należąca do Fundacji Egmont, która każdego roku wspiera dzieci z trudnych środowisk kwotą prawie 13,4 miliona euro.

Muchołówka amerykańska, roślina z rodziny rosiczkowatych, to owadożerca. Jej liście w kształcie serca, z brzegami uzbrojonymi w ostre zęby, potrafią zamknąć się tak szybko, że ofiara nie zdąży uciec.

Jak poluje muchołówka? Gdy zwabiony zapachem owad usiądzie na powierzchni rozłożonego liścia i zacznie spijać wydzielinę, potrąca włoski. Dotknięcie dwóch, w odstępstwie czasu nie większym niż 20 sekund, jest sygnałem do zamknięcia pułapki.

Można się zapytać: czy rośliny myślą? To nie jest konieczne. Wystarczy, że po potrąceniu pierwszego włoska czuciowego zostaje wytworzony chemiczny regulator, o krótkim czasie trwania. Gdy w pobliskim rejonie powstanie drugi chemicznych regulator – ich połączone sygnały budują inny regulator, będący bodźcem do skurczu komórek umieszczonych w zawiasie. Jeżeli jednak w odpowiednim czasie drugi regulator nie zostanie wytworzony, pierwszy ulega degradacji i nic się nie stanie. Dlaczego jednak 20 sekund? Jestem pewien, że to wynik najefektywniejszej mutacji. Rośliny o zbyt krótkich okresach trwania regulatorów, niepotrzebnie traciły energię na zatrzaskiwanie pułapki na przypadkowych przedmiotach – jak nasiona innych roślin czy ziarenka piasku – i wyginęły. A rośliny zbyt leniwe, przegapiały większość posiłków... i też wyginęły.

Wykorzystując podobny schemat można wytłumaczyć wiele zachowań, do których – wydawałoby się – potrzeba inteligencji, a co najmniej mózgu, wykształcającego odpowiednie reakcje, gdyż często dostrzegamy inteligentne działanie tam, gdzie ich nie ma. Każdy z nas mógł obserwować lub sam był obiektem niepasujących do sytuacji zachowań. I nie mam tu na myśli spluwania przez lewe ramię, gdyż to kwestia wychowania oraz narzuconej tradycji, a na przykład drapanie linoleum przez kota po wyjściu z kuwety. Atawistyczne zachowania, takie jak odruch chwytny, czyli złapanie palca, jako konieczność utrzymania się na gałęzi, nie są odruchami zaobserwowanymi u rodziców – a zaprogramowanymi w kodzie genetycznym. Moja kotka Julia była wychowywana od pierwszego dnia bez matki, a mimo to wciąż uparcie usiłowała zamaskować miejsce toalety – nie z powodu zamiłowania do czystości, a z powodu chęci ukrycia obszaru swojego terytorium przed innymi drapieżnikami.

Również nasze postępowanie bardzo często jest wynikiem prostych mechanizmów, prowadzonych przez genetyczne induktory chemicznymi ścieżkami algorytmów. Mózg może się wtrącić, posłuchać skwapliwie lub zignorować sygnały, przynajmniej w pewnym stopniu lub przez krótki okres. Lecz duża część naszej psychiki jest zakodowana w genach i nie uciekniemy od tego dziedzictwa. Stąd też próba ujęcia zachowań, wynikających z chemicznych regulacji, w przykazania.

Czym są przykazania genów

Dlaczego podstaw naszej psychiki mam szukać w genach? To pytanie zapewne nurtuje wielu czytelników. Pierwsza część książki będzie próbą odpowiedzi, w jaki sposób geny mogą budować naszą świadomość.

U człowieka głównym ośrodkiem kontroli pracy organizmu jest mózg. A jak z nadzorem nad funkcjami życiowymi i zachowaniami radziły sobie organizmy przed wykształceniem tak skomplikowanego i energochłonnego organu?

Ciekawy jest tu przykład bakterii, która zaczyna świecić dopiero wtedy, gdy jej kolonia osiąga określony stan nasycenia. Podobne mechanizmy zapewne występują też u organizmów wyższych. A te umiejętności muszą zostać przekazane nie poprzez naukę udzieloną przez rodziców lub w szkolnych ławkach, a w genach. Uczenie się, a dokładniej mówiąc, kształtowanie odpowiednich – z punktu widzenia genów – zachowań mózgu, polega na karaniu lub nagradzaniu organizmu poprzez produkcję odpowiednich hormonów w odpowiedzi na dokonywane wybory.

Gdy będziemy pamiętać o długim czasie selekcji doboru naturalnego, zrozumiemy, że wykształcenie odpowiednich wzorców zakodowanych w genach jest co prawda bardzo długotrwałym, lecz nieskomplikowanym procesem. Mutacje wywodują różną ekspresję genów produkujących hormony – a w kodzie osobników najlepiej dostosowanych do środowiska przetrwa wzór funkcjonowania mózgu, który okazał się najbardziej korzystny dla przetrwania i rozmnażania, eliminując (poprzez śmierć osobników) inne warianty ekspresji genów.

W skrajnych przypadkach, z czysto racjonalnego punktu widzenia, nawet tak nielogiczne zachowania jak altruizm, mogą okazać się korzystne 1 . Przykazania genów są korzystne dla bytu organizmów, a nie prawa moralnego czy boskiego. Zachowania, uważane przez nas za bardziej moralne, jak „nie zabijaj” czy „nie kradnij” często nie są korzystne dla genów i dlatego każdy organizm – po ocenie korzyści i strat – podejmie działania przynoszące więcej zysku. Dopiero presja społeczeństwa może powstrzymać organizm przed podjęciem podobnych zachowań – gdyż przesuwa granicę ryzyka poniesienia kary. Jednak wystarczy, by ta presja osłabła (rozbitkowie na wyspie, upadek samolotu w górach, wojna), a straty z niepodjęcia działań i tak zagroziłyby bytowi organizmu (śmierć głodowa), aby narzucone nakazy prysły i górę wzięły przykazania genów (kradzież, kanibalizm, zabójstwo).

Organizmy, które nie przetrwały mogły posiadać zestaw ekspresji genów o wyższej „moralności”. I być może z tego powodu wyginęły, gdyż dla ciągłości bytu nie jest ważne dobro czy zło, a efektywność (zdolność do przetrwania i wydania potomstwa). Tak więc możemy być „gorszymi” kuzynami ludzi pierwotnych.

Na tej samej zasadzie, w każdym pokoleniu odnajdziemy zarówno osobniki o szczególnej „dobroci”, jak i „nikczemności”. I nawet jeśli uda im się przeżyć oraz rozmnożyć, wydanie potomstwa dziedziczącego indywidualny zestaw fenotypu rodziców nie wywoła zmian w całej populacji, o ile to potomstwo nie spłodzi następnych pokoleń. Bo dopiero wtedy będzie mogło stać się dominującym modelem gatunku, wypierając niższe – z naszego obecnego rozumienia moralności – warianty ekspresji genów. Tylko że utrwalenie wzorca genetycznego może się powieść zarówno osobnikom o ogromnej „dobroci”, jak i wielkiej „nikczemności”. To często kwestia przypadku, a nie moralności przyrody lub Boga.

Z tych powodów, w odniesieniu niemal do każdej sfery naszego zachowania, można stwierdzić – mózg jest narzędziem sterowanym przez kod genetyczny. Wolfgang Wickler w pracy Biologia dziesięciu przykazań zauważa, że „ewolucyjne prawa natury nie dają pierwszeństwa ani przetrwaniu jednostki, ani gatunków, lecz przetrwaniu i rozprzestrzenianiu się elementów, które same się powielają: genów oraz ich kompleksów, a także przenoszeniu programów zawartych w układzie nerwowym”. Jeżeli przyjmiemy, że część tych zachowań, stymulowanych poprzez układ kary i nagrody, jest przekazywana w genach, to okaże się, że dusza człowieka – jako zwycięzcy ewolucyjnej loterii – chociaż preferuje pewne zachowania określane jako moralne, to jednak jest to moralność dostępna wielu zwierzętom.

Jak działa (bio)chemiczny komputer?

Algorytmy w naszym życiu

W książce poświęconej algorytmom komputerowym, autor tłumaczy, czym one mogą być: „Ogólna odpowiedź mogłaby być taka: «zbiór kroków prowadzących do wykonania zadania». Na co dzień stosujesz różne algorytmy. Masz algorytm mycia zębów: otwierasz tubkę z pastą, bierzesz szczoteczkę do ręki, wyciskasz na szczoteczkę tyle pasty, ile trzeba, zamykasz tubkę, wkładasz szczoteczkę do jednej ćwiartki paszczy, przesuwasz nią w górę i w dół (oraz w prawo i w lewo) przez N sekund...”.

Ktoś może powiedzieć, że to jedynie, utrwalona wielokrotnymi ćwiczeniami, instrukcja zapisana w pamięci naszego mózgu. To prawda, lecz każdy przejaw naszego zachowania jest realizacją podobnych instrukcji. I te, związane z fizyczną strefą naszego organizmu („otworzę okno, bo brak mi powietrza”; „muszę coś włożyć, bo jest mi zimno”; „pójdę do lodówki, bo jestem głodny”; „zgaszę światło, bo chce mi się spać”), jak i naszymi procesami myślenia („on jest groźny, muszę uciekać”; „ależ to piękna kobieta, muszę ją poznać”; „biedny człowiek, chyba mu pomogę”). Za każdym razem decyzja jest wynikiem wybrania określonej ścieżki drzewa algorytmów, które w punktach węzłowych (bramkach logicznych) przepuszczają lub zatrzymują sygnały – w tym myśl, że trzeba (lub też nie ma potrzeby) umyć zęby.

Czym są genetyczne induktory?

W Kluczu do DNA, chemiczne związki odpowiedzialne za aktywację określonych genów nazwałem „genetycznymi induktorami”. W tej chwili krótkie przypomnienie.

***

Pamiętajmy, że organizmy to przede wszystkim chemiczna fabryka, w której komunikacja pomiędzy różnymi organami, narządami i układami odbywa się za pośrednictwem chemicznych posłańców. Czy to na zewnątrz (naskórek), jak i wewnątrz (układ krwionośny, oddechowy, pokarmowy), komórki stykają się z obcymi organizmami, które można wykryć jedynie poprzez odpowiedni układ nukleotydów chemicznego zwiadowcy. Również w procesach odczytywania informacji w samej nici nukleotydów wykorzystywana jest komplementarność. Ta właściwość nici DNA, to kody paskowe lub naklejki adresowe genetyki, które można nazwać „genetycznymi induktorami”.

Maksymalne wykorzystanie dostarczonej w pokarmie energii; jej prawidłowe rozprowadzenie do wszystkich komórek; szybkość reagowania na zagrożenie zewnętrzne oraz wewnętrzne; zdolność do samonaprawy; umiejętność przestawienia profilu działania w zależności od zmiennych warunków środowiskowych lub etapu rozwoju osobniczego – te wszystkie funkcje realizowane są właśnie poprzez genetyczne induktory.

Genetycznymi induktorami są przede wszystkim łańcuchy białek, cząsteczki RNA oraz enzymy. Kod owych posłańców możemy odnaleźć w nukleotydach. Szukając ich należy pamiętać o tym, że będą to sekwencje o odwróconym porządku, aby umożliwić przyłączenie się do nici RNA na zasadzie komplementarności.

Innymi genetycznymi induktorami – spoza tej oczywistej listy – są hormony. Te związki chemiczne budowane przez gruczoły lub tkanki układu hormonalnego regulują aktywność pobliskich tkanek, a nawet – poprzez krew – całego organizmu.

Od lat znamy również feromony, chociaż wciąż niewiele potrafimy o nich powiedzieć. Wiemy, że feromony płciowe ćmy pawicy wyczuwane są przez partnera z odległości nawet trzech kilometrów, lecz w przypadku człowieka wciąż odrzucamy ten sposób regulacji pracy organizmu – wpływającego na naszą psychikę. Z oporami, ale i ich regulacyjny wpływ przedziera się do świadomości naukowców. Badania Marthy McClintock z Uniwersytetu w Chicago z 1986 roku wykazały, że za synchronizację cyklu miesiączkowego u kobiet zmuszonych do przebywania w zamkniętym środowisku mogą odpowiadać dwa feromony.

***

Nie powinno dziwić wyspecjalizowanie się programu DNA do używania materii. Program życia komunikuje się ze światem zewnętrznym, jak i wewnętrznym, za pomocą dostępnych środków. Jednak już na etapie podejmowania decyzji przeważa informatyczna natura nici nukleotydów.

Określenia genetycznych induktorów będę często używał na następnych stronach, proszę więc zapamiętać, że mówiąc o nich, mam na myśli hormony, białka, cząsteczki RNA, enzymy, feromony, neuroprzekaźniki oraz inne, jeszcze nie rozpoznane regulatory, gdyż to podstawowy sposób wymiany informacji komórki organizmu – program genetyczny.

***

Za komunikację komórki z programem genetycznym odpowiada pięć procent naszego genomu. Są to receptory o bardzo specyficznej budowie, nazywane receptorami sprzężonymi z białkami G (GPCR – G-protein coupled receptors). Te receptory złożone są z bardzo długiego łańcucha białek, który siedmiokrotnie, niczym ścieg, przekracza granicę błony komórkowej z wnętrzem komórki, w miejscach utworzenia pętelek, wytwarzając związek sygnalizacyjny (ligand). Za odkrycie roli tego strażnika, komunikującego się z genetycznymi induktorami, amerykanie Brian K. Kobilk oraz Robert J. Lefkowitz w 2012 roku otrzymali Nagrodę Nobla.

Receptory sprzężone wywołują ciąg reakcji organizmu, tak jak na przykład reakcje obronne. Jeżeli zwierzę zobaczy drapieżnika lub/oraz wyczuje jego zapach, przygotowuje się do obrony, jeżąc sierść oraz przyspieszając oddech. To właśnie receptory GPCR zaprzęgają do pracy hormony, odpowiedzialne za wywołanie tych reakcji: receptory acytelocholiny (pobudzają produkcję neuroprzekaźników pośredniczących w przekazywaniu impulsów nerwowych), receptory adrenaliny (odpowiadają za wzrost produkcji hormonu i neuroprzekaźnika – a w rezultacie zjeżenie sierści oraz przyśpieszone tętno i wzrost cieśnienia krwi). Również wiele innych hormonów jest wykrywalnych przez receptory GPCR, a połowa leków działa właśnie za pośrednictwem tych receptorów.

Jak działają genetyczne induktory?

Za pomocą prostych algorytmów, z udziałem niewielkiej liczby genetycznych induktorów, bakterie w ten sposób przekazują sobie również sygnał do... celibatu lub ataku.

Pod koniec lat 70. ubiegłego wieku naukowcy Kenneth H. Nealson oraz J. Woodland Hastings z Harvard University opisali zdolność komórek bakterii do wykrywania liczebności kolonii i podjęcia bardzo spektakularnych działań. Pod lupę wzięli oni morską bakterię Vibrio fischeri posiadającą zdolność emisji światła przy pomocy białka lucyferazy. Ale bakterie są leniwe i gdy jest ich mało nie produkują tego białka. Czyżby wiedziały, że w mrokach wody ich wysiłek nie zostanie dostrzeżony? Sytuacja zmienia się, gdy kolonia bakterii osiągnie odpowiednie zagęszczenie. Bowiem wtedy zaczyna ona świecić.

A w jaki sposób potrafią ocenić, że osiągnęły próg widoczności? Otóż każda bakteria wydziela informacją chemiczną o swoim życiu, wydzielając genetyczne induktory, o unikalnych dla gatunku właściwościach chemicznych. Jednocześnie bakterie posiadają receptory zdolne odebrać podobne sygnały ze środowiska. Jeżeli w środowisku jest mało sygnałów – nic się nie dzieje. Jednak po przekroczeniu odpowiedniego nasycenia genetycznych induktorów – organizm bakterii aktywuje gen produkujący fluorescencyjne białko i kolonia zaczyna świecić. Dla bakterii świecenie to uboczny skutek zbyt dużego ścisku. Główny powód świecenia jest taki, że zbyt licznej koloni zagraża śmierć z głodu oraz samozatrucia z powodu toksycznego działania szkodliwych metabolitów (odpadów ich własnych procesów życiowych). Skutkiem świecenia kolonii jest wstrzymanie rozmnażania się.

Chociaż świecenie nie jest celem życia bakterii, chętnie korzystają z tego kałamarnice Euprymna scolopes, zapraszając bakterie do przygotowanego podłoża na swym ciele – narządu świetlnego fotoforu. Jak widać, dla bakterii podobna umiejętność może być sposobem zdobycia terytorium do rozwoju.

Podobne działanie genetycznych induktorów wykryto u innych bakterii, w tym chorobotwórczych, jak słynna Escherichia coli. Po wniknięciu do organizmu ich liczba jest niewielka i bakterie nie atakują nosiciela. Ich pierwszym zadaniem jest rozmnożenie się, bez zwrócenia uwagi układu odpornościowego nosiciela. I dopiero gdy genetyczne induktory bakterii odbiorą informację, że kolonia jest już liczna, ich zachowanie się zmienia. Można by powiedzieć, że z konia trojańskiego wychodzą zastępy wojowników i zaczynają atakować nosiciela toksynami ich nowego metabolizmu. Układ odpornościowy nosiciela ma poważne kłopoty by zwalczyć tak liczną armię.

Sposób porozumiewania się za pomocą sygnalizatorów nasycenia genetycznych induktorów (quorum sensing) może także zachodzić między bakteriami, a tkankami roślinnymi czy zwierzęcymi. Badania wspomnianych naukowców wykazały, że działanie aż 15% genów jest sterowane przez – różnego rodzaju – genetyczne induktory.

***

Spróbujmy rozbić zachowanie świecącej bakterii na jednoznaczne rozkazy:

- - wyślij sygnał o swym istnieniu,

- - jeżeli wykryjesz wysokie stężenie genetycznych induktorów innych bakterii, uaktywnij gen produkujący lucyferynę,

- - przestań się rozmnażać,

- - gdy nasycenie genetycznych induktorów spadnie poniżej określonego poziomu, wstrzymaj produkcję lucyferyny,

- - wznów proces rozmnażania się.

Chemiczne sygnały istnienia są zwykłym przejawem aktywności życiowej organizmu, tak jak wspomniane uboczne produkty metabolizmu czy pole elektryczne. Wzrost stężenie cząsteczek chemicznych pobudza inne związki chemiczne do rozpoczęcia produkcji świecących białek. Jednak jego wytwarzanie pochłania tyle energii, że organizmowi nie starcza jej do przeprowadzenia innego energochłonnego procesu – rozmnażania się. Sytuacja wraca do normy, gdy nasycenie chemicznych sygnałów spada, genetyczne induktory przestają aktywować białko świecenia, co szybko przywraca normalne funkcjonowanie organizmu i bakteria może ponownie powielać się.

***

Każde nasze zachowanie można wytłumaczyć, rozbijając je na drobne przyczyny i następstwa, tworzące drzewo algorytmów. A bodźcem, wywołującym rozgałęzianie się decyzji, przeważnie jest związek chemiczny, uaktywniający kolejne geny. Związek chemiczny to klucz, natomiast w budowie molekularnej genetycznego induktora zapisana jest informacja, kiedy i do drzwi którego genu zapukać, aby wezwać go na pomoc.

Gdzie znajdziemy genetyczne induktory?

Znane od dawna

Pod koniec XIX wieku, w 1895 roku, krakowskiemu fizjologowi Napoleonowi Cybulskiemu udało się wyizolować z organizmu pierwszy hormon – adrenalinę. Dzisiaj znamy kilkadziesiąt związków chemicznych nazywanych hormonami, wytwarzanych przez gruczoły lub tkanki układu dokrewnego (na który składają się: przysadka mózgowa, tarczyca, grasica, trzustka, nadnercza oraz jajniki u kobiet i jądra u mężczyzn), regulujących działania komórek, tkanek i narządów, położonych zarówno w bezpośrednim sąsiedztwie, jak i odległych, gdyż hormony przenoszone są przez krew.

U roślin hormony przede wszystkim regulują wzrost, u zwierząt pełnią bardziej skomplikowane zadania. Współdziałają nie tylko w regulacji fizjologicznych czynności, jak wzrost, rozwój, metabolizm i równowaga elektrolitowa, ale również regulują stany psychiczne, w tym zachowania seksualne. Wspomniana adrenalina, od trzech zachowań, na które wpływa – strach, walkę lub ucieczkę (ang. fright, fight and flight) – nazywana jest hormonem 3 x F.

Ale, tak jak hormony wpływają na nasze zachowania – tak i my możemy wpływać na ich wydzielanie (o czym dalej, bowiem do hormonów będę jeszcze wielokrotnie powracać, opisując ich działania przy odpowiednich przykazaniach).

Odnalezione w śmieciach

Jednak najwięcej genetycznych induktorów odnajdziemy w śmieciowym DNA. Chociaż geny produkujące białka zajmują mniej niż kilka procent, a reszta to fragmenty uznane za śmieciowe, gdyż nie produkują białek – to aktywność, podobną do zachowania genów kodujących białka, wykazuje 62% ludzkiego genomu. Cóż więc tam się dzieje, skoro nie mamy do czynienia z efektami ich pracy w postaci białek? W zrozumieniu roli tej przeważającej części kodu genetycznego, pomaga projekt ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements), w którym pod przewodnictwem Ewana Birneya pracuje 442 uczonych z całego świata. Grzebiącym w genetycznym śmietniku, udało się sprawdzić aktywność 147 różnych rodzajów komórek ludzkich (z 230 budujących nasze ciało), w każdej odnajdując 20-25% odcinków aktywnych kodu – a nie biernych, obojętnych na funkcjonowanie organizmu, jak można by spodziewać się po śmieciach.

Pośród tych śmieci uczeni odnaleźli około 9000 krótkich sekwencji, składających się z 20 nukleotydów – które w Kluczu do DNA nazwałem „bramkami logicznymi”. Oprócz nich skatalogowano 10 000 dłuższych sekwencji, złożonych z 200 nukleotydów – które nazwałem „procedurami”. Dzięki ENCODE już wiemy, jak są one ważne. „Jest prawdopodobne, że 100% DNA człowieka spełnia w naszym ciele jakieś zadanie” – podsumowuje wyniki dotychczasowych badań Ewan Birney.

W innym projekcie – „1000 genomów” – postawiono sobie za cel przebadanie genomu tysiąca osób z całego świata. Już w fazie pilotażowej programu okazało się, że większość z nas różni się od 250 do 300 zmianami genetycznymi, mogącymi zakłócić prawidłowe funkcjonowanie genów oraz do stu zmian, związanych z chorobami wrodzonymi. Z tego widać, że nawet przy identycznej puli genów kodujących białka, pozostałe fragmenty kodu genetycznego mogą być tak odmienne, że będziemy fizycznie i psychicznie całkowicie różnymi osobami. I tak na przykład, śmieciowe DNA, odpowiada za indywidualne rysy naszych twarzy. Co prawda Lawrence Berkeley z National Laboratory w Kalifornii, potwierdził udział śmieciowego DNA badając genom myszy, lecz wnioski można śmiało przenieść na inne gatunki zwierząt. Genetyk wyciął fragmenty kodu z obszarów uważanych za nieistotne, a później obserwował rozwój embrionów za pomocą tomografii komputerowej. Na obrazach można było dostrzec, że u myszy z pozostawionym śmieciowym DNA występowała większa ekspresja genów odpowiedzialnych za kształtowanie się mysiego pyszczka. Berkeley uważa, że to właśnie śmieciowe DNA może również odpowiadać za niektóre deformacje, jak rozszczep podniebienia, które potrafią pojawić się nawet wtedy, gdy nie wykryto mutacji genów odpowiedzialnych za tę wadę wrodzoną.

W splątaniu nici

Gdy mówimy o nici DNA, nie przekazujemy wszystkich aspektów związanych z kodem genetycznym, nanizanym jak koraliki na nić. Tak byłoby, gdyby była ona zwinięta w spiralę – jak to rzeczywiście ma miejsce w przypadku genomu bakterii. Lecz nić DNA człowieka to nawet nie kłębek wełny, z którego babcia robi na drutach sweter na prezent świąteczny. Nasz genetyczny kłębek jest tak poplątany, jakby bawił się nimi kot. Nawet z pomocą wnuczka, babcia nie zrobi z niego swetra.

W tym splątaniu wychodzi komplikacja zrozumienia kodu DNA. Nie dosyć, że trzeba rozszyfrować kod liniowy, to musimy wziąć pod uwagę wpływ przestrzenny kłębka. Niektóre jego części stykają się – i fragmenty kodu, u których nie podejrzewaliśmy interakcji – wpływają na siebie, zmieniając ekspresję genów. Twórcy projektu ENCODE próbują rozszyfrować również te trójwymiarowe zależności. I chociaż na razie udało im się zanalizować zaledwie jeden procent w trzech procentach komórek – a już odnaleźli prawie tysiąc miejsc, w których „bliskie spotkania” kodu mogą wpływać na to, kim jesteśmy.

W dostępie do kodu

Ostatnim sposobem wpływania na ekspresję genów, jest zablokowanie fragmentów nici DNA. Geny ukryte przed genetycznymi induktorami nie mogą zostać aktywowane. Niektóre z tych fragmentów są zablokowane na stałe, na inne blokada nałożona jest na różnych etapach rozwoju organizmu lub w zależności od wpływów środowiska. Podobna blokada nosi nazwę wzoru metylacyjnego. Jeśli jesteśmy podrażnieni lub agresywni – powodem może być niski poziom serotoniny. A ten może wynikać z silnej metylacji dostępu do grupy ośmiu genów, w tym odpowiedzialnego za transport tego hormonu.

Metylacja to potężne narzędzie, zmieniające warianty odczytania kodu genetycznego. Tim Spector zidentyfikował wzory metylacji aż w 400 różnych miejscach nici DNA, których analiza może określić prawdopodobieństwo wystąpienia raka piersi. Angelina Jolie, właśnie po badaniach genetycznych krwi dokonanych przez Spectora, podjęła decyzję o usunięciu obu piersi.

Badania Rachel Yehuda, neurologa z Mount Sinai Hospital w Nowym Jorku, wykazały, że znaczniki epigenetyczne w genach antystresowych u weteranów wojennych z zespołem stresu pourazowego (PTSD), mogą zostać usunięte. Genetycy wskazują, że istnieją metody, potrafiące zmienić wzór metylacyjny. Są to głównie leki, lecz również tryb życia (unikanie stresu i sport), zmiana diety oraz medytacja czy psychoterapia. W tej chwili istnieją już lekarstwa zmieniające wzór metylacji – rozpuszczając markery blokujące dostęp do odczytania kodu w genach, pozwalają na możliwość skorzystania z własnego systemu obrony. „Aktualnie prowadzone są prace nad 40 kolejnymi lekarstwami, mającymi usunąć zakłócenia genetyczne w innych odmianach raka i schorzeniach, takich jak choroba Alzheimera czy autyzm” – zapowiada Spector.

Jak dziedziczymy genetyczne induktory?

Czynniki epigenetyczne

Nie potrzeba zmiany genomu, wystarczy zmiana ekspresji genów, aby zmienić nas i fizycznie, i duchowo. Nasza indywidualna matryca duszy różni się nie tylko pulą genową, ale również doświadczeniami osobniczymi, a nawet... naszych przodków. Chyba każdy wie, że indywidualne wspomnienia są najlepszą nauką (jeśli ktoś włożył rękę do ognia, to już zapamięta, by nie czynić tego więcej). Ale część naszych fobii i lęków możemy odziedziczyć i to nawet wtedy, gdy nie są zakodowane w genach. Dowodzą tego badania prowadzone na myszach przez dwóch amerykańskich naukowców – Kerrego Resslera i Briana Diasa.

Resslera już wcześniej zaintrygowała idea, że niektóre zachowania mogą być przekazywane genetycznie. Potwierdzały to badania ciężarnych kobiet, będących świadkami ataku na World Trade Center 11 września 2001. Po przebadaniu 38 takich matek, zauważono prawidłowość: miały one niski poziom kortyzolu (hormonu, podobnie jak adrenalina, związanego ze stresem). Co ważne, podobnie niski poziom tego hormonu stwierdzono u ofiar Holokaustu. Kortyzol wyzwala serię reakcji, mających przygotować organizm do zwiększonej aktywności: do mięśni przedostaje się więcej cukru, serce zwiększa rytm uderzeń, pamięć przełącza się na tryb roboczy. To jedna strona kortyzolu, druga jest taka, że zbyt duża jego aktywność może doprowadzić do zaburzeń – depresji, kłopotów ze snem, zwiększeniem ryzyka cukrzycy lub otyłości, a nawet degeneracji pamięci długotrwałej. Dlatego u osób wystawionych na duże stresy może dojść do reakcji obronnych – zostaje przestawiony próg aktywności stresowej.

Jak do tej pory wszystko jest typowe. Ale okazuje się, że niski poziom kortyzolu zostaje przeniesiony na dzieci, co stwierdzono zarówno u dzieci ofiar Holocaustu, jak i dzieci matek-świadków zamachu 11 września.

Wróćmy teraz do Resslera i Diasa. Ich myszy przekazywały następnemu pokoleniu lęk przed wiśniowym zapachem... Naukowcy badali metylację DNA na receptor odpowiedzialny za wyczuwanie acetofenonu – odbieranego przez nas jako zapach wiśni – M71. Zapachy wiążą się z odpowiednimi receptorami opuszki węchowej, łączącej mózg z nosem – tym sposobem potrafimy rozróżniać zapachy. W doświadczeniu naukowcy podzielili myszy na trzy grupy. Pierwszą pozostawiono w spokoju; drugą porażano elektrowstrząsami, w czasie gdy wąchały zapach wiśni; trzecią – propanolu; u dwóch ostatnich warunkując – jak u psów Pawłowa – reakcję: zapach równa się ból. Potomstwo tak wytresowanych myszy – i to zarówno w drugim, jak i trzecim pokoleniu – reagowało stresem na zapach znany jedynie ich rodzicom i dziadkom. Dodatkowe, myszy ofiar eksperymentów miały w nosach więcej neuronów, wytwarzających receptory M71. Krytycy zarzucają badaczom, że geny odpowiedzialne za wyczuwanie zapachu wiśni nie znajdują się w rejonie podatnym do metylacji. Jednak w plemnikach myszy straszonych acetofenonem, były one w mniejszym stopniu zmetylowane (czyli bardziej otwarte na ekspresję), niż u grupy straszonej propanolem.

Takie zachowania znane są – i określane – jako czynniki epigenetyczne, czyli zmieniające ekspresję genów, bez zmiany kodu genetycznego. Metylacja to tylko jeden z poznanych czynników epigenetycznych mogących wpływać zarówno na metabolizm, jak i stany emocjonalne, następnych pokoleń.

Podobne spekulacje istniały już wcześniej. Amerykański biolog molekularny Joseph Ecker z Salk Institute for Biological Studies w Kalifornii, w roku 2000 rozszyfrował genom rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana), składający się 25 tys. genów. Nie zakończył jednak pracy nad tym chwastem, postanowił zbadać również jego kod epigenetyczny. Mapę metylacji genomu rzodkiewnika opublikował w 2006 roku. „Nasze badania pokazują, że nie wszystko ukryte jest w genach. Odkryliśmy, że te rośliny posiadają epigenetyczny kod, który jest bardziej elastyczny oraz ma większe oddziaływanie, niż to sobie do tej pory wyobrażaliśmy” – podsumował badania naukowiec.

Wciąż wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Tak właściwie nadal nie wiadomo, w jaki sposób następuje dziedziczenie epigenetyczne. Nie odnaleziono zmian epigenetycznych w komórkach jajowych. Nie wiadomo również, jak wzorce zachowania utrwalone w mózgu, mogą zostać przekazane do gruczołów płciowych, skąd dopiero mogłyby zostać przekazane potomkom. Brak odpowiedzi nie zmienia jednak poglądów Josepha Eckera: „Jest tam wyraźny składnik dziedziczności, którego w pełni nie rozumiemy. Możliwe, że my ludzie posiadamy podobny, aktywny epigenetyczny mechanizm, który kontroluje nasze cechy biologiczne i przekazywany jest naszym dzieciom”.

Ważność genetycznych induktorów

Hipokrates mówił, że ważniejsze dla niego jest to, jaki pacjent choruje, niż to, na co choruje. Ale współczesna nauka to specjalizacja, na bardzo, bardzo wąskiej ścieżce poznania. To cena ogromu dostępnej nam wiedzy, gdyż jedynie zagłębienie się aż do cząstek elementarnych problemu, umożliwia znalezienie pełnej odpowiedzi. Poszatkowano więc człowieka na układy, narządy, w rezultacie zapominając, że to jedynie części całości. „Neurolog nie potrafi rozmawiać z immunologiem, a specjalista od żywienia nie znajdzie wspólnego języka z psychiatrą” – zauważa Krzysztof Chudziński. A gdy jedna grupa wie niemal wszystko o jednym problemie, a nic o innym – traci się ogólne spojrzenie. Sieć powiązań drzewa algorytmów zostaje przycięta przez specjalizację poznania i żaden z naukowców nie dostrzeże całości problemu.

A nie jest łatwo odkryć zależności objawów choroby (czy jakiegokolwiek, innego działania) z genem, a raczej grupą genów. Jedne badania mogą wskazywać jako winowajcę na jeden gen, a drugie badania na zupełnie inny. I obydwa wyniki badań są zarówno prawdziwe, jak i błędne. Prawdziwe – bowiem obydwa geny mają swój aktywny udział. Fałszywe, gdyż ich działanie jest ściśle powiązane z wieloma genami, z których żaden nie jest decydujący, chociaż bez nawet jednego z nich, nie dochodzi do schorzenia lub choroby.

Podobną sytuację opisywał lekarz z wykształcenia, którego bardziej kojarzymy z futurologią i fantastyką – Stanisław Lem. Problem musiał mocno instygować autora, bowiem podjął go aż dwukrotnie. Po raz pierwszy w kryminale, w staroświeckim stylu, z 1959 roku Śledztwo, w której porucznik Scotland Yardu musi wyjaśnić zagadkę znikających zwłok. A drugi, po 17 latach, również w kryminale, lecz już bardziej związanym z fantastyką w Katarze z 1976 roku, kiedy to były astronauta ma rozwiązać zagadkę serii tajemniczych samobójstw. W obydwu przypadkach nie mamy do czynienia ze zbrodnią w klasycznym rozumieniu, a splotem przypadków, które z racji coraz większej interakcji różnych czynników wynikających ze stylu życia we współczesnym świecie (jak łatwość zarówno przemieszczania się osób oraz towarów), będą nas dotykać w coraz większym stopniu.

***

Notatka na marginesie: Homeopatia a wiara

Po otwarciu studiów podyplomowych na kierunku homeopatia w medycynie niekonwencjonalnej i farmacji na Śląskim Uniwersytecie Medycznym w Katowicach, w mediach przetoczyła się burza – homeopatia to nauka czy szalbierstwo?

To prawda, że podstawy homeopatii można znaleźć w genetycznych induktorach. Każdy pierwiastek, związek chemiczny, choćby dostarczony w minimalnych ilościach do organizmu, może stać się zalążkiem kaskady zmian. Tak więc nawet minimalne dawki, mogą wywołać skutki, których lekarze nie podejrzewaliby. Bowiem te dawki to katalizator, którego brakowało organizmowi do podjęcia działań – a nie brutalny środek, nie naprawiający przyczyn, a niszczący efekty choroby (co jednak przynosi nam ulgę). Tylko że roztwory homeopatyczne rozcieńcza się do takich stężeń, że... nie pozostaje w nich ani jeden atom.

Również badania skuteczności leków homeopatycznych, liczne relacje osób opisujących wyleczenie, nie są dowodem skuteczności podobnej metody. Uzdrowienia mogą być efektem placebo, które udowodniło, że chęć wyleczenia jest najskuteczniejszym lekarstwem. Bowiem obecnie nawet doświadczenia na ludziach nie potwierdzają skuteczności tej metody. Lecz dopiero doświadczenia przeprowadzone na muszkach owocowych lub nawet myszach – bardziej inteligentnych, ale wciąż nie potrafiących połączyć faktu podawania lekarstwa z wyzdrowieniem – mogłyby potwierdzić lub zaprzeczyć skuteczności ich działania.

Tak więc pomimo licznych zwolenników, homeopatia jest jedynie pseudonaukowym marzeniem Samuela Hahnemanna, które dla wielu osób wciąż pozostaje jedyną nadzieją na wyzdrowienie.

Rozwój form przekazywania informacji

Edward O. Wilson w Socjobiologii definiuje pojęcie komunikacji biologicznej w następujący sposób: „Jest to akcja ze strony jednego organizmu (lub komórki) zmieniająca wzorzec prawdopodobieństwa zachowania innego organizmu (lub komórki) w sposób adaptatywny u jednej ze stron lub obu stron uczestniczących w tym akcie”. Przez określenie „adaptatywny” Wilson rozumie zakodowany genetycznie, czyli niewyuczony w życiu osobniczym organizmu, a przekazany poprzez dziedziczenie genów. To sucha definicja, nie można jej jednak zarzucić braku jednoznaczności.

Dla owadów oraz niższych kręgowców jednemu sygnałowi odpowiada jedna (najwyżej kilka) odpowiedź. Tak ściśle określony przekaz, niedający możliwości interpretacji, może doprowadzić do sytuacji, w którym drobny błąd treści komunikatu może doprowadzić do katastrofalnych skutków. I tak na przykład dla ciem z rodzaju Bryotopha zmiana ułożenia jednego atomu węgla w organicznym związku chemicznym bombikolu (będącym feromonem), przerwie byt gatunku – ponieważ nie wywoła u samca odpowiedniej reakcji na zalotne sygały samicy. A potrafią one wyczuć sygnał, gdy stężenie feromonu wynosi zaledwie jedną cząsteczkę na trylion cząsteczek powietrza (10 z osiemnastoma zerami). Jak więc widzimy do zagłady dinozaurów potrzebny był upadek asteroidy – do motyli wystarczy izomer geometryczny związku będącego sygnałem do rozmnażania, a gałąź gatunku zostaje ucięta.

Najważniejszą ewolucyjnie zmianą jest to, w jakim stopniu forma komunikacji, wymusza specyficzną ekspresję genów – czy jest to działanie jednoznaczne, czy też dopuszcza różne możliwości wyboru działania. A w odniesieniu do człowieka jeden sygnał może oznaczać wiele dróg wyboru.

Przyjrzyjmy się, w jaki sposób zmysły wpływają na to, kim jesteśmy, nawet jeśli nie bierze w tym udziału mózg.

Nośny zapach (zmysł węchu)

Słuch człowieka jest kodowany przez 2, widzenie 3, smak 5, a węch... 1000 genów. Zapach w minimalnych stężeniach jest poza naszą świadomą percepcją, chociaż towarzyszy nam od poczęcia po śmierć. Zapachem można posłużyć się z chęci manipulacji. Tak od wieku postępują nie tylko kobiety, ale również mężczyźni, zraszając się perfumami. Uczynił tak również niemiecki koncern kolejowy Deutsche Bahn, który w ramach testu rozpylił w pociągach mieszankę zapachów jaśminu, fiołków, drzewa różanego oraz piżma. Skutek przerósł oczekiwania – pasażerowie wykazali większą tolerancję wobec opóźnień pociągów. Prezes DB Bernd Rosenbusch (nazwisko adekwatne do zakresu testu – krzew róży) bez skrupułów podsumował wyniki testu: „Jeśli dzięki takiej mieszance sprzedamy także więcej biletów, na pewno będziemy chcieli z niej skorzystać”.

Linda B. Buck oraz Richard Axel, nobliści z 2004 roku, opisali ponad tysiąc genów kodujących receptory węchowe. Trzeba jednak pamiętać, że u człowieka 70% tych genów nie jest aktywnych. Każdy receptor węchowy (z ang. Olfactory Receptors, w skrócie OR) odpowiedzialny jest za rozpoznawanie określonego związku chemicznego lub jego grupy. Jak wiadomo, zwierzęta lepiej wyczuwają zapachy. Nic dziwnego. Myszy mają 1037 funkcjonalnych genów zmysłu węchu i 354 pseudogenów; szczury 1201 i 292; a psy 872 i 222. Słonie, mające około 2000 genów, potrafią z jednego kilometra wyczuć nie tylko człowieka, lecz również rozpoznać, do którego plemienia on należy. Nawet ptaki, które raczej kojarzymy z dobrym wzrokiem niż z węchem, mają więcej aktywnych genów: kakapo, nocna nielotna papuga ma 667, a nielotne kiwi – 600 genów. U człowieka zidentyfikowano 856 genów kodujących receptorowe białka węchowe – 388 aktywnych genów i 414 pseudogenów. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę, że każdy z tych receptorów może wiązać od jednej do kilku cząstek zapachowych, to okazuje się, że człowiek potrafi rozpoznać więcej niż 10 000 zapachów.

Może wydawać się, że to dużo. Lecz jeśli nasze zdolności porównamy do węgorza słodkowodnego, wyczuwającego 3 miliardy związków chemicznych; niedźwiedzia polarnego, któremu węch pozwala poczuć martwą fokę z odległości nawet 20 kilometrów – to jesteśmy w tym zakresie ułomni. Chociaż nie tak bardzo, jak by się wydawało z prostego porównania liczby genów. Nadal dzięki węchowi rozpoznajemy w drugiej osobie antygeny zgodności tkankowej – co wpływa na ocenę atrakcyjności oraz wybór partnera seksualnego (ważna jest tu uwaga, że im większa jest ta różnica, tym osoba wydaje się bardziej atrakcyjna), a karmiąca matka wyczuwa podobne antygeny u potomstwa. „...Osoby płci przeciwnej pachnące podobnie, zwykle nie uznają swoich zapachów za atrakcyjne. Jest to związane z ich podobieństwem genetycznym, co zwiększa szansę na dziedziczenie przez dziecko większej ilości genów recesywnych, niezrównoważonych genami dominującymi, a przez to podatność na choroby oraz wady genetyczne”.

Na pytanie, w jaki sposób można określić odmienność genetyczną drugiej osoby poprzez zapach, mogą odpowiedzieć wyniki badań przeprowadzonych na myszach. Naukowcy zamieniali mysim matkom nowo narodzone potomstwo, te jednak potrafiły wyczuć, że to obce potomstwo. Dalsze badania wykazały, że zdolność odróżnienia własnych od cudzych noworodków związana jest z wyczuwaniem różnic elementów układu odpornościowego, dokładniej – głównego kompleksu zgodności tkankowej (ang. major histocompatibility complex, MHC). Produkuje on białka, biorące udział w swoistej odpowiedzi immunologicznej na obecność antygenów. W przypadku człowieka, za oprogramowanie tego kompleksu odpowiada około 100 genów, o długości kodu 4 milionów par zasad. Jeszcze nie wiadomo dokładnie, w jaki sposób informacja o białkach MHC przenoszona jest przez zapach, ale jeżeli weźmiemy pod uwagę, że u myszy odnaleziono receptory reagujące na białka o podobnej strukturze – to prawdopodobna staje się możliwość „wywąchania” informacji, jakiej broni używa układ odpornościowy innego człowieka. Potwierdziły to badania przeprowadzone wśród studentów na jednej z uczelni. Studentki były proszone o ocenę atrakcyjności studentów na podstawie zapachu ich koszulek. Nie będzie zaskoczeniem, gdy powiem, że oceny wyższe postawiły koszulkom o odmiennej kompozycji genów MHC. I jeszcze jedna prawidłowość – w innym badaniu samice (już nie studentki), będące w ciąży chętniej szukały towarzystwa pośród osobników o podobnym zapachu MHC, a więc krewnych. Prawdopodobnie poszukując w nich potencjalnych opiekunów dla potomstwa, nie przejawiających „chęci” zabicia obcych genetycznie młodych.

W przypadku człowieka, chociaż dzieje się to podświadomie – to wzór zapachu zostaje łatwo i trwale zapamiętany, w późniejszych sytuacjach wpływając na nasze zachowanie emocjonalne. „Każda żywa istota – bez względu na to, czy jest źródłem pożywienia, czy też ma właściwości trujące, czy jest partnerem seksualnym, drapieżcą czy ofiarą – ma charakterystyczny molekularny znak, który może być przenoszony przez wiatr”.

Część uzdolnień straciliśmy, ponieważ były nieistotne dla naszego bytu. Jednak sporo z nich jest wciąż nam dostępna, tyle że często ignorowana przez mózg. Do czasu, gdy nie będą stanowić o naszym bezpieczeństwie lub decyzji wyboru partnera – bowiem wtedy potrafią przejąć władzę nad najbardziej uduchowionym mózgiem. Nawet w zwykłych kontaktach międzyludzkich wpływ związków chemicznych jest większy, niżbyśmy się spodziewali. Na ich podstawie potrafimy wywąchać nastrój drugiej osoby (kobiety sprawniej). Gdy jesteśmy np. przygnębieni nasze ciało emituje inne sygnały chemiczne, niż gdy jesteśmy zadowoleni. Dowiodły tego badania naukowców z Rice University of Houston w Teksasie, When Zhou oraz Denise Chen.

Reklamy środków piorących

W reklamach środków piorących, po praniu z użyciem reklamowanego produktu, szczęśliwe kobiety przytulają do policzków pranie i zamykając zmysłowo oczy, szepczą: „pachnie czystością”. To prawda, że wyprane rzeczy pachną inaczej, lecz głównie z powodu dodania środków aromatycznych – w odróżnieniu od przenikającego pranie, wcześniejszego zapachu potu.

Ale nie będę już złośliwy i nawet stanę w obronie copywrighterów. Okazuje się, że określenie „pachnie czystością” może mieć więcej wspólnego z prawdą. Czym jest bowiem czystość? To, poza optycznym wybieleniem, usunięcie bakterii, zniszczonych w gorącej wodzie oraz użycia środków antybakteryjnych. Nasz węch – nawet przytępiony wyłączeniem pewnych genów – wciąż jest czuły na sygnały genetycznych induktorów bakteryjnych. Wyłapanie ich obecności jest sygnałem zagrożenia, wywołującym niechęć do kontaktu z tak zainfekowanym materiałem.

Pot

Pot to w głównej mierze woda i gdyby nie bakterie, nie stanowiłby problemu. Gdyż, mimo że w pocie odnajdziemy również sole, białka, tłuszcze, węglowodany, mocznik, kwas mlekowy czy minerały, to dopiero bakterie, rozkładając te związki, wytwarzają specyficzny zapach – zależny nawet od naszej diety. Co ciekawe, nie wykrywamy samych związków chemicznych wydzielanych przez gruczoły potowe. Zdrajcą są bakterie żyjące na skórze, które przerabiają aminokwas leucynę, a ubocznym produktem ich metabolizmu jest kwas izowalerianowy – odczuwany jako nieprzyjemny zapach. Zwłaszcza przez kobiety... Jak wykazały badania, jedząc pokarmy bogate w białka zwierzęce (nie tylko mięso, lecz również mleko czy sery pleśniowe) oraz surową cebulę czy czosnek, będziemy intensywniej pachnieć.

Naukowcy postanowili zbadać, dlaczego część ludzi bardziej krzywi nos na zapach potu, a innym on nie przeszkadza. Odpowiedzialnego znaleziono w chromosomie 14, w uważanym za nieaktywny pseudogenie OR11H7P. U osób o słabszej zdolności wykrywania kwasu izowalerianowego gen jest nieaktywny, co i tak – w ograniczonym stopniu – pozwala im wyczuć kwas przy pomocy sąsiednich genów. Natomiast osoby bardziej wyczulone na zapach potu, miały aktywną co najmniej jedną jego kopię.

W poszukiwaniu feromonów

Z istnieniem związków nazywanych feromonami biolodzy zgadzają się – lecz tylko w odniesieniu do zwierząt. I to na niższym szczeblu ewolucyjnym. Raport National Academy of Sciences z 2003 roku podaje, że etymolodzy „złamali kod komunikacji feromonowej ponad 1600 gatunków owadów”. Naukowcy już pogodzili się z tym, że feromony mogą być nie tylko seksualnym wabikiem, lecz mogą również pomagać w identyfikacji stopnia pokrewieństwa lub alarmować o niebezpieczeństwie, a nawet wpływać na zmiany nastroju czy ustawienie wzajemnych relacji. Pierwszym feromonem odnalezionym u ssaków był feromon odpowiedzialny za agresję u myszy, który odkrył – a później sztucznie wytworzył – Milos Nowotny z Institute for Pheromone Research w Indiana University. Okazało się, że feromony ssaków są identyczne z feromonami owadów. L.E.L. „Bets” Rasmussen, biochemik z Oregon Health and Science University, udowodniła, że feromon płciowy, wykorzystywany przez 100 gatunków ciem, tę samą rolę pełni u... słoni azjatyckich.

Natomiast ostatnie badania Hiroaki Matsunami z Duke University z Durham w Karolinie Północnej wykazały, że i u człowieka te lotne związki mogą wpływać na podejmowanie decyzji. Zawarte w męskim pocie produkty rozpadu hormonu testosteronu, jednych ludzi może odrzucać, bowiem w ich odczuciu cuchnie jak mocz, inni nawet nie wyczują jego woni, a jeszcze innych może przyciągać, gdyż dla nich „pachnie” kwiatami lub wanilią. Tak różnorodne reakcje spowodowane są wariantami genu OR7D4, na różne sposoby kodującymi receptory węchowe. A owe składowe testosteronu to androstenon – feromon śliny knurów, silnie oddziałujący na lochy w trakcie kopulacji, oraz androstadion – regulujący poziom hormonów stresu u kobiet. „Te substancje są interesujące m.in. dlatego, że mogą być ludzkimi feromonami” – zauważa Hiroaki Matsunami.

Ile masz lat?

Mówi się, że zwierzęta wyczuwają nadchodzącą śmierć – wyjaśnienia szukając w metafizyce. A za podobną umiejętnością może „wisieć” nie kosa śmierci a zapach.

Badania przeprowadzone przez Johana Lundströma z Monell Chemical Senses Center z Filadelfii na grupie osób w różnym wieku wykazały, że człowiek – nawet po utracie wielu genów odpowiedzialnych za wykrywanie zapachów – jest w stanie określić wiek osoby jedynie na podstawie zapachu. Dla osób z najmłodszej grupy badanych, najłatwiej było określić wiek starszych ludzi, natomiast lata rówieśników lub osób w średnim wieku typowali już z mniejszą dokładnością.

Jak to możliwe? Zapach odbieramy poprzez wydzielany pot, a jego skład zmienia się wraz z wiekiem. Odpowiedzialne za to są apokrynowe gruczoły potowe (występujące pod pachami oraz w okolicach narządów płciowych i odbytu), tworzące się w naszych ciałach dopiero w wieku dojrzewania (stąd dzieci pachną zdecydowanie inaczej), wraz z upływem życia pracujące z coraz większą aktywnością.

Zapachy miłości i nienawiści

Może otwartość wobec innych ludzi również związana jest z... gorszym wyczuwaniem zapachów? Osoby o wrażliwym węchu otrzymują więcej sygnałów od innych organizmów, w tym intencji często ukrywanych przez właścicieli, zdradzanych jednak w śladach zapachowych. Często sposobem odniesienia sukcesu w zdobyciu pożywienia, powielaniu się, jest pozbycie się zapachu. Tak jak zwierzęta, które poprzez tarzanie się w ścierwie padłych zwierząt, błocie, starają się ukryć swój zapach, tak i człowiek wypracował metody maskowania. Używaniem dezodorantów, wód toaletowych, perfum.

Na czubku języka (zmysł smaku)

Dla niektórych doznania smakowe dostarczają więcej satysfakcji niż seks. Nie jest to pozbawione racjonalności, podobno nawet droga do miłości wiedzie przez żołądek.

Zmysł węchu pozwala określić nam w chmurze jakich związków chemicznych się znajdujemy. Z innym aspektem wyczuwania związków chemicznych mamy do czynienia w trakcie posiłku. Za ich analizę w postaci stałej odpowiada zmysł smaku, ostrzegając nas przed zjedzeniem niebezpiecznych dla zdrowia produktów (poprzez smak gorzki) lub zachęcając do spożywania artykułów wysokoenergetycznych (smak słodki). Lecz smaków jest więcej i nic dziwnego, że kuchnia może stać się pracownią artysty.

Smak odczuwamy głównie poprzez receptory smakowe (bowiem w procesie bierze również udział węch), wykrywających w pożywieniu obecność ważnych dla naszego metabolizmu grup substancji chemicznych. Do niedawna uważano, że są cztery rodzaje receptorów, kilka lat temu dodano piąty, a być może istnieje i szósty rodzaj receptorów. Nie oznacza to, że potrafimy wyczuwać dziesiątki czy setki tysięcy smaków.

Słodki smak to informacja, że pożywienie jest bogate w związki, z których możemy pobrać tanim kosztem dużo energii, zgromadzonej w węglowodanach, głównie cukrach prostych oraz dwucukrach. Już niemowlęta, mając taki wybór, potrafią porzucić picie mleka matki, wybierając roztwory o wyższym stężeniu cukru. Smak słony do umiejętność wykrycia w pożywieniu soli sodu i potasu; smaku kwaśnego – kwasów organicznych i nieorganicznych; smak gorzki oznacza alkaloidy i różne sole nieorganiczne. Długo debatowano czy smak umami, który można opisać jako „rosołowy” lub „mięsny”, pozostawiający przez długi czas wrażenie sytości, jest osobnym smakiem. Kwestię tę przesądziło odkrycie wyspecjalizowanych receptorów, czułych na obecność kwasu glutaminowego (w 2000 roku). Występuje głównie w mięsie, ale również w serach pleśniowych, grzybach oraz sosach kuchni azjatyckiej (rybnym i sojowym). Lecz to nie koniec... W 2006 roku zespół Russella Keasta z Deakin University, ogłosił, że odkrył receptory odpowiedzialne za wykrywanie w pożywieniu kwasów tłuszczowych. Do listy trzeba więc być może dopisać smak tłusty. Kłopoty z odnalezieniem smaku tłuszczowego, mogą wynikać z faktu, że nie wszyscy posiadamy podobne kubki smakowe, a ich brak może być odpowiedzią, dlaczego niektórzy nie powstrzymują się przed nadmiernym spożywaniem potraw tłustych (w procesie tym rolę odgrywa również wyczuwanie smaku słodkiego).

Oczywiście, wyczuwanie smaku to jedna sprawa, a reakcja na określony smak – to inna, zależna w dużym stopniu od mózgu, czyli nabytego doświadczenia. Smakami skłaniającymi nas do zjedzenia potrawy są głównie smaki słodki, umami oraz nie za mocno, lecz słony; natomiast smak gorzki, kwaśny oraz za bardzo słony, zniechęcają nas do jedzenia. Już przebywając w wodach płodowych zaczynają być kształtowane nasze nawyki smakowe. Skłonność Hindusów do pikantnych potraw, przez innych odbieranych jako nieprzyjemne, definiowana jest już przed ich urodzeniem.

Lecz i ten zmysł zależny jest od genów. Jeden z nich (TAS2R38), budujący receptory odpowiedzialne za wyczuwanie smaku gorzkiego, występuje aż w siedmiu wariantach. Ten przykład wystarczy, aby stwierdzić, że kucharze mają trudne zadanie – jak dogodzić tak zróżnicowanej grupie krytyków ich pracy. Wyjaśnia też, dlaczego kuchnia mamy smakuje nam najbardziej. Wszak odziedziczyliśmy po niej ten sam wariant genu.

Chociaż raz możemy powiedzieć, że jesteśmy lepiej wyposażeni niż niektóre ze zwierząt. Koty posiadają jedynie 470 kubków smakowych, psy już są bardziej wybredne, gdyż oceniają smak 1700 kubkami. Ale człowiek ocenia smak potraw aż dziewięcioma tysiącami czujników. Roślinożercy nie muszą wyczuwać smaku mięsa, lecz drapieżniki uzupełniają dietę mięsną roślinami. Wszystkożercy, jak człowiek, w różnych okresach rozwoju preferowali inny rodzaj diety – stąd może posiadamy kubki smakowe dla rozpoznania każdego rodzaju pożywienia.

Lecz najdziwniejszym może się wydawać obecność komórek smakowych poza językiem. Odnaleziono je również w żołądku, jelitach, trzustce, wątrobie, płucach oraz w nosie. Ich obecność w organach powiązanych z przetwarzaniem pożywienia można wytłumaczyć nadzorem procesu trawienia. Lecz kubki smakowe w płucach i nosie? Okazuje się, że zmysł smaku potrafi też pełnić inną rolę, w tym tak odległą od naszych wyobrażeń, jak walkę z infekcją bakteryjną. Odpowiedź znamy dzięki badaniom Noama Cohena z University of Pennsylvania, który postanowił wyjaśnić rolę kubków smaku gorzkiego w naszych nosach i górnych drogach oddechowych. Ich obecność w tych miejscach pomaga wykryć związki chemiczne wytwarzane przez bakterie, a dalszą reakcją jest kichanie, pozwalające w mechaniczny sposób pozbyć się patogenów, a w górnych drogach oddechowych uwolnienie tlenku azotu, zabijającego bakterie. Potwierdziły to badania genetyczne pacjentów. Osoby z czułym na smak gorzki wariantem receptora wspominanego już genu TAS2R38, przeziębiały się najrzadziej, natomiast osoby mało wrażliwe na smak gorzki, były częściej narażone na infekcję.

Wzrok (zmysł wzorku)

Do mózgu człowieka 40 procent informacji o świecie dociera poprzez oczy. Ale nie wszystkie zwierzęta posiadają oczy, a mimo to można powiedzieć, że widzą. A bardziej precyzyjnie – są wrażliwe na fale widzialne.

Jeżowce

Większość z nas kojarzy jeżowce z bólem oraz koniecznością zakładania twardego obuwia w ochronie przed ich kolcami, gdy przyjdzie nam ochota do kąpieli w morzach o zasoleniu większym niż 20%. Dla samego jeżowca kolce oprócz funkcji obronnych spełniają rolę nóg i kotwicy. To za ich pomocą przemieszczają się w poszukiwaniu jedzenia (jakiegokolwiek, mogą nim być zarówno bezkręgowce, rośliny, jak i martwa materia organiczna) oraz przytwierdzają się do dna. I chyba niewielu z nas podejrzewa, że jeżowce widzą. Nie mają oczu, nie mają mózgu, a jedynie prymitywny układ nerwowy, a mimo to potrafią chować się przed drapieżnikami w ciemnych zakamarkach.

To właśnie analiza genetyczna ujawniła istnienie 1500 receptorów światła, głównie w kolcach oraz w rurowych przyssawkach odnóży. „Wygląda na to, że cała powierzchnia ciała działa jak jedno, wielkie oko” – podsumował wyniki doświadczeń Sönke Johnsen, biolog morski z Duke University w Durham w Północnej Karolinie. Wyniki badań fioletowych jeżowców (Strongylocentrotus purpuratus), potwierdziły, że reagują one zarówno na jasne i ciemne powierzchnie, jak i na kolory, np. podążając w kierunku plam zielonych – atrybutu glonów stanowiących ich ulubiony posiłek.

Skorpiony

Dla nas skorpiony to niebezpieczne zwierzęta, które w mroku nocy trudno wypatrzyć. Chyba że... mamy lampę emitującą światło ultrafioletowe, gdyż wtedy ich ciała zaczynają świecić na niebiesko. W salonie kosmetycznym, banku czy nawet w domu to nie problem, wystarczy lampa do paznokci lub do wykrywania fałszywych banknotów. Ale w terenach, gdzie żyją te pajęczaki z zabójczym ogonem – podobną lampę raczej trudno zdobyć.

Świecenie skorpionów w nadfiolecie na niebiesko zaintrygowało Douglasa Gaffinra. Badania wykazały, że całe ich ciało, pokryte jest czujnikami, pozwalającymi do sześciu par oczu dodać „rozproszone oczy” całego egzoszkieletu, przekazujące informacje o intensywności natężenia światła do mózgu.

Czujniki świecące w ultrafiolecie na niebiesko pozwalają skorpionom widzieć „całym sobą”, lecz mogą zdradzić ich obecność innym organizmom. Na szczęście dla nich, w ich środowisku nie ma takich organizmów. Ale spotkamy je zarówno w świcie zwierząt, jak i roślin. W ultrafiolecie widzą również pszczoły, nietoperze, niektóre gatunki gryzoni oraz... renifery. W strefie podbiegunowej dociera więcej ultrafioletu, gdyż warstwa ozonowa jest tam cieńsza. A dzięki tej zdolności zwierzęta mogą pośród śniegu łatwiej wypatrzyć odbijające ultrafiolet porosty, jak również dostrzec sylwetki wilków, gdyż rośliny i zwierzęta pochłaniają ten zakres fal.

Skóra

Również i my korzystamy z „oczu ciała”, a widzenie światła słonecznego poprzez skórę w pozytywny sposób wpływa na nasze dobre samopoczucie, a nawet uśmierza ból. Wpływ promieniowania ultrafioletowego na wzrost poziomu beta-endorfin (zwanych hormonem szczęścia) potwierdziły badania, przeprowadzone na ogolonych do skóry myszach, lecz sądzę, że wyniki badań można przenieść i na ludzkie zachowania.

Eksperymenty na myszach udowodniły jeszcze jedną rzecz: uzależnienie od słonecznych kąpieli. Aby utrzymać wysoki poziom produkcji hormonu szczęścia, konieczne było zwiększanie czasu kąpieli. Odstawienie od słońca, czy to z powodów naturalnych (krótszy dzień zimą), czy też wywołanych sztucznie (podawanie środków blokujących receptory opioidowe), wywoływały objawy podobne do zespołu abstynencyjnego (zgrzytanie zębami, drżenie kończyn).

Sygnały akustyczne (zmysł słuchu)

Tak, jak widzieć można bez oczu, tak i do słyszenia nie są potrzebne uszy. Można powiedzieć, że uszy to jedynie specjalizacja, pozwalająca precyzyjnie określić źródło pochodzenia dźwięku.

Bicie głową na alarm

Afrykańskie termity Macrotermes natalensis, budujące na pustyni kopce o wysokości 8-9 metrów porozumiewają się za pomocą... uderzeń głową o podłoże. Badania Felixa Hagera i Wolfganga Kirchnera z uniwersytetu w Bochum w Niemczech nad zwyczajami walecznych termitów ujawniły, że żołnierze bębnią głowami uderzając 11 razy na sekundę – i tylko taka częstotliwość wywołuje reakcje robotnic. Sygnały o innej częstotliwości co prawda skupiają uwagę termitów, lecz po chwili wracają one do poprzednich zajęć. Niemieccy naukowcy dowiedli również, że chociaż wibracje wywołane alarmem rozchodzą się jedynie na 40 centymetrów, to podejmowane przez kolejnych żołnierzy, potrafią ostrzec przed wrogiem w promieniu wielu metrów.

Dźwięki zalotów

Jak dobrze wiemy, wydawanie sygnałów dźwiękowych nie musi jedynie ostrzegać, a być również formą zalotów. I nie mam tu na myśli jedynie ptaków, a krecionogi z rodzaju Sphaerotherium – wije u których trudno odróżnić głowę od tyłu ciała. Ich cechą charakterystyczną jest umiejętność zwinięcia się w kulę, chowając pod ochronnym pancerzem wszystkie narażone na utratę odnóża i czułki.

Przedstawicieli gatunku można spotkać na różnych kontynentach, bowiem jest to bardzo stary gatunek – jego rodowód wywodzi się z okresu jury, około 170 milionów lat temu, kiedy to żyły na jednym super kontynencie Gondwanie. Jak wskazują skamieniałości, w trakcie ewolucji ich czułki oraz inne narządy (w tym odpowiedzialne za wykrywanie węchu), które były narażona na utratę w przypadku ataku nawet po zwinięciu się krecionoga, stawały się coraz szczelniej izolowane w zwiniętym pancerzu, stopniowo przestając spełniać swoją rolę. Konieczne stało się odnalezienie innego sposobu komunikacji. I samce go znalazły. Spotykając zwiniętą w kulę partnerkę, zaczynają jej grać, wykorzystując do tego ostatnią parę nóg. Znajdują się tam zgrubienia z rzędem listewek, z których poprzez pocierania wij wydobywa dźwięki – jak określają to naukowcy badający ich zwyczaje – przypominające poskrzypywania albo popiskiwanie. Może to nie jest muzyka, ważne, że samica rozpoznając wibracje, rozwiera zwinięty pancerz.

Dotyk (zmysł dotyku)

Krokodyl, gad o najsilniejszym uścisku szczęk – o nacisku zębów 24 730 barów, czyli ponad dwudziestokrotnie więcej niż potrzeba do zmiażdżenia kości (710 barów) – potrafi równocześnie być tak delikatnym, że przytrzymuje skorupkę jajka z wykluwającym się krokodylem bez uszczerbku dla jego zdrowia. Jest to możliwe dzięki setkom małych wypustek, reagujących na dotyk wypustek, rozmieszczonych na głowie i w pysku tego gada.

Podobnych narządów zmysłu dotyku – wibrysów, czyli włosów czuciowych – używają wszystkie ssaki (oprócz człowieka). Wibrysy reagują nie tylko na dotyk, lecz również wibracje wody lub powietrza, pozwalając morsom na podstawie ruchu cząstek wody określić rozmiar i kierunek ucieczki ryby nawet w pół minuty po nieudanym ataku.

Lecz to nic do wrażliwości zmysłu dotyku pająków. Wiemy doskonale, że sygnałem wzywającym pająki na posiłek są drgania nici. Ale kto by się domyślił, że precyzja pajęczych włosków wyczuwania ruchu powietrza wynosi – jeden atom! Taka precyzja nie jest potrzebna pająkowi do informacji o kolejnej ofierze, przydaje się jednak do planowania budowy sieci na następny dzień. Pająki są doskonałymi meteorologami i wyczuwając tendencje w zmianach ciśnienia powietrza, wiedzą czy warto budować dużą sieć, czy też lepiej przeczekać następny – porywisty i mokry – dzień w norze.

Ostatnie badania naukowców w Królewskiego Instytutu Technologii w Sztokholmie wykazały, że również ludzie posiadają niezwykle wrażliwy zmysł dotyku. Zwłaszcza kobiety, które opuszkami palców potrafią wykryć na materiale zmarszczki o grubości zaledwie dziesięciu milionowych milimetra.

Wyczuwanie temperatury

Trzy tysięczne stopnia Celsjusza – to różnica temperatur, jaką potrafią rozróżnić grzechotniki. Podobny termometr, o dokładności porównywalnej do najbardziej wyspecjalizowanych termometrów naukowych, grzechotniki i dusiciele zawdzięczają zagłębieniu między nozdrzami a oczami (tzw. jamki policzkowe), będące niezwykle czułymi sensorami podczerwieni (termoreceptorami).

Dla węży wyczucie tak minimalnych wahań temperatury potrzebne jest do poszukiwania zwierząt stałocieplnych w mroku nocy. Co najgorsze, narząd ten działa również do godziny po śmierci węża, wywołując odruch kąsania w przypadku, gdy ciepły obiekt znajdzie się zbyt blisko głowy martwego węża – będąc przyczyną 15% ukąszeń człowieka.

Zmysły elektromagnetyczne

Żyjemy w gąszczu fal elektromagnetycznych. Tych naturalnych, planetarnych, słonecznych i kosmicznych, jak i tych wytworzonych przez cywilizację. Niektóre z częstotliwości tych fal odbieramy świadomie, rozkoszując się feerią ich różnorodności, układającą się we wzory – jak w przypadku fal widzialnych; inne są przez nas postrzegane w sposób mniej lub bardziej świadomy – jak promieniowanie cieplne, a niektórych częstotliwości nie potrafimy zlokalizować, lecz są źródłem bólu głowy i zaburzeń snu.

Elektryczność bez drutu

Przekazywanie informacji za pomocą sygnałów elektrycznych ma niewątpliwe kilka zalet. Nie potrzebuje źródła światła oraz omija wiele przeszkód. Jednak główną zaletą jest to, że każdy organizm wytwarza pole elektryczne. Dlatego wiele zwierząt, zwłaszcza żyjących w środowisku wodnym, wykorzystuje zdolność wykrywania słabych różnic napięcia elektrycznego (o niskiej częstotliwości) do wykrywania ofiar, zakopanych nawet głęboko w piasku. Tak szukają zdobyczy nie tylko ryby elektryczne, ale i rekiny, raje, sumy koralowe oraz węgorzowate. Z tym że jedynie ryby elektryczne, posiadające umiejętność generowania prądu, dodatkowo wykorzystują elektryczność do obezwładnienia ofiary.

Magnetyzm

Wiemy, że owady, ptaki, żółwie używają zmysłu magnetycznego do przemierzania bezkresu oceanów i lądów, aby trafić bezbłędnie do celu. Umożliwiają im to kryształki magnetytu.

Można je odnaleźć również w ludzkim mózgu – 5 milionów na gram mózgu, a w membranie mózgowej aż 20 razy więcej! Istnienie receptorów fal elektromagnetycznych w mózgach udowodnił neurolog Joseph L. Kirschvink z California Institute of Technology w Los Angeles. Są nimi magnetyczne kryształki o rozmiarach pięciomilionowej części milimetra – lecz o czułości na pole magnetyczne milion razy większej niż inny materiał biologiczny.

Dzięki nim człowiek może nie tylko wyczuwać pole magnetyczne, lecz również inne zakresy pól elektromagnetycznych, w tym prądu w sieci, komputerze, a nawet telefonie komórkowym. Prawdopodobnie nasi przodkowie potrafili wykorzystać ten zmysł do orientacji w terenie, lecz rozwój cywilizacyjny pozbawił nas tej umiejętności. Dzisiaj są jedynie uciążliwym szumem w głowie, ale może jutro ponownie nauczymy się interpretować ten zgiełk bez urządzeń pośrednich?

Zmysły nie prysły

Wilson zauważa, że: „im prymitywniejszy jest organizm i im prostsza budowa jego ciała, tym większa jest jego zależność od komunikacji chemicznej”. Oraz tym większa kontrola zależna jedynie od genów.

Każdy byt organiczny posiada możliwość komunikowania się. Umiejętność przekazywania informacji spotykana u człowieka jest jednak wyjątkiem. Zdobyliśmy ją głównie dzięki sprawnemu aparatowi mowy – w połączeniu ze zwiększającą się zdolnością mózgu do interpretacji rzeczywistości. Lecz nasze zmysły nie prysły, lecz zostały przytłumione ciężarem myśli.

Jak wykazałem, mowa to nie jedyny sposób komunikowania się, chociaż wzniósł nasz gatunek na wierzchołek drzewa ewolucji. Wdrapując się na nie, musieliśmy jednak zrezygnować z innych form komunikacji, dostępnych niżej położonym gatunkom. Może dlatego ignorujemy te sposoby, jedynie w delfinich gwizdach upatrując inteligencji. A tak nie jest. Formy komunikowania się bez udziału mózgu mogą być również efektywne i wyrafinowane.

Pokusiłem się o ten mały przegląd różnych form komunikowania się bez mózgu, aby wykazać, że:

- – w mniejszym lub większym stopniu wszystkie te zmysły są dostępne również dla człowieka,

- – w większości przykazania genów aktywowane są bez udziału mózgu i to mózg musi dostosować się do ich sygnałów.

O konsekwencjach tych dwóch stwierdzeń jest ta książka.

Wady i zalety posiadania (sprawnego) mózgu

Mózg jako centrala nadzorcza pomaga – przy mniejszej liczbie wariantów zachowań zakodowanych w nici DNA – kontrolować pracą genów, ale potrafi też wprowadzić je w błąd, o czym najlepiej wie gatunek Homo sapiens.

Nie zawsze mózg jest potrzebny

Ewolucja pokusiła się o kontrowersyjny wynalazek: centralę wybierającą z lawiny sygnałów te, o istotnym dla bytu znaczeniu – ignorując te, które nie są istotne. To mózg. Nim wykażę, dlaczego uważam mózg za kontrowersyjny wynalazek, zajmiemy się przykładami świadczącymi, że nie zawsze mózg jest potrzebny, aby reakcje organizmu odbierać jako inteligentne – podczas gdy są to jedynie odruchy, wynik przetworzenia informacji w niezbyt silnie rozgałęzionym drzewie algorytmów.

Sterowanie za pomocą impulsów elektrycznych w centrali w mózgu nie oznacza, że genetyczne induktory stały się niepotrzebne. One nadal odpowiadają za bezpośredni kontakt z nicią programu genetycznego, a czasami burzą swobodny przepływ sygnałów elektrycznych myśli bujających w obłokach, domagając się podjęcia szybkiej decyzji w bardziej przyziemnych sprawach.

Zmysły bez mózgu

W wielu wypadkach mózg nie jest potrzebny, aby odbierać i przetwarzać bodźce ze środowiska. Genetyczne induktory, w mechaniczny sposób, sterują produkcją białek niezbędnych dla bytu organizmu.

Czy rośliny czują?

Rośliny nie mają mózgu – to pewne. Ale czy to jest równoznaczne z brakiem odczuwania? W psychologi stany emocjonalne odnoszą się do reakcji mózgu na zewnętrzne i wewnętrzne sygnały (bodźce), lecz do wywołania niektórych z nich nie jest potrzebny mózg.

Rośliny poprzez korzenie nieustannie odbierają sygnały, dotyczące składu gleby pod kątem obecności substancji odżywczych, jak i trucizn czy metali ciężkich. Liście, wystawione na światło i wiatr, wciąż śledzą źródła światła oraz analizują unoszące się w powietrzu związki chemiczne, poprzez substancje semiochemiczne, informując roślinę o możliwości ataku lub zaznaczając swoje terytorium oraz gotowość płciową.

Polska biochemik Edyta Zdunek-Zastocka wraz z izraelskimi naukowcami Instytutu Badań Pustynnych im. Blausteina, badając zielony groszek (Pisum sativum), doszła do wniosku, że groszek zdolny jest do przetwarzania, zapamiętywania i przekazywania informacji. W okresie suszy wykazuje zachowania altruistyczne, przekazując rosnącym w pobliżu roślinom biochemiczne sygnały o zagrożeniu, dając im czas na przygotowanie się do niekorzystnych warunków.

Sposób przekazywania informacji wewnątrz rośliny jest podobny do zwierzęcego – to system receptorów wrażliwych na impulsy elektryczne, tak jak w ludzkich neuronach. Jednak rośliny nie posiadają centralnego ośrodka zarządzania, a informacje są przekazywane do komórek występujących w wielu częściach rośliny. Tak więc bez mózgu potrafią w wielu przypadkach zachowywać się tak, jakby miały świadomość. O czym szerzej na dalszych stronach...

Wspomnienia bez głowy

Może się nam wydawać, że przechowywanie wspomnień to wyłączna domena mózgu. Podobno słoń ma wielki mózg i dlatego wszystko pamięta. W przypadku słonia to jedynie powiedzenie i nie ma żadnych dowodów, aby traktować je jako prawdziwe. Zresztą, wielkość mózgu nie jest głównym czynnikiem świadczącym o poziomie inteligencji czy zdolności zapamiętywania. Mózg ośmiornic jest wielkości orzecha włoskiego, a głowonogi radzą sobie z zadaniem nierozwiązywalnym dla ludzkiego dziecka – potrafią otworzyć zabezpieczony pojemnik z lekarstwami (gdy wiedzą, że jest w nim ich smakołyk).

Okazuje się, że bez mózgu można też pamiętać... Aby się o tym przekonać naukowcy z Tufts University powtórzyli doświadczenia Jamesa V. McConnella sprzed pięćdziesięciu lat – tylko w mniej makabrycznej formie, chociaż nie obeszło się bez obcinania głów. Na szczęście jedynie głów płazińców Plathelmintes (robaków płaskich), posiadających scentralizowany mózg. Robaki te, w znanym sobie miejscu od razu przystępują do jedzenia, podczas gdy w nieznanym otoczeniu odkładają posiłek do czasu sprawdzenia terenu pod kątem bezpieczeństwa. Posiadają też inną umiejętność – zdolność szybkiej regeneracji. I to nawet głowy.

Eksperymenty grupy z Tufts University polegały na umieszczeniu grupy robaków na szalce Petriego o nierównej teksturze i pozostawieniu ich na czas oswojenia, aż do rozpoczęcia biesiady. Niestety, zaraz potem obcinano im głowy i pozostawiano na dwa tygodnie w oczekiwaniu na wyrośnięcie nowej. Później, już z nową głową, sadzano płazińce na tej samej szalce. Okazało się, że nie potrzebują one czasu na oswojenie się z podłożem – przystępowały od razu do posiłku, tak jakby nie odcięto im głowy z zawartymi w mózgu wspomnieniami.

Różnica w badaniach Tufts University a badaniami wspomnianego McConnella polegała na tym, że ten ostatni karmił płazińce nieznające terenu – sproszkowanymi mózgami płazińców ze wspomnieniami, pragnąc im w ten sposób przekazać „cząsteczki pamięci”. Hm, dla mnie to karkołomne założenie. Ale dla przeprowadzających eksperyment badania stanowią nadzieję na znalezienie nowych sposobów leczenia uszkodzonych tkanek mózgowych czy szansę na rozwój sztucznej pamięci. Dla mnie to przede wszystkim dowód, że nie zawsze mózg jest potrzebny.

Podobny schemat przechowywana pamięci wytłumaczyłby wiele zachowań nie tylko u niższych form życia, lecz również... ludzi. Pamięć dotycząca warunków środowiskowych, możliwości zdobycia jedzenia lub rozpoznanie niebezpiecznych rejonów, może być również zapisana w genach. Poprzez czynniki epigenetyczne, bez konieczności posiadania mózgu można zapisać informację, jakie geny aktywować, gdy nasili się obecność określonych sygnałów ze środowiska. Przewaga tego systemu zapisu informacji polega na tym, że jest ona dostępna dla organizmu od narodzenia, bowiem ta zapisana w mózgu, wymaga wcześniejszego doświadczenia, które może być już ostatnim...

Wady posiadania mózgu

Sterowaniem pracy naszych umysłów na jawie i podczas snu zajmują się związki chemiczne – neuroprzekaźniki. Przenoszą one sygnały elektryczne pomiędzy stykami komórek neuronalnych (neuronów) oraz z komórek nerwowych do podwykonawców pożądanych efektów – komórek mięśniowych lub gruczołów (efektorów).

I w tym momencie ujawnia się powiązanie naszych myśli z genami. Do najbardziej znanych neuroprzekaźników należą: glutaminian, GABA, acetylocholina, noradrenalina, dopamina i serotonina. Wystarczy zmienić tempo ich produkcji, aby zahamować lub przyśpieszyć przekazywanie sygnałów – a tym samym nasze zachowanie. W największym stopniu ich poziom zależny jest od naszych genów, ale wszystkie organizmy żywe posiadające mózg, nauczyły się zmieniać ich poziom – czyli oszukać mózg.

Jak poprawiać nasze myślenie

Chociaż jedni naukowcy uważają, że poprawienie zdolności postrzegania jest możliwe tylko poprzez żmudne ćwiczenia mózgu (jak rozwiązywanie zadań z algebry), a drudzy patrzą na pamięć jako na współdziałanie skomplikowanego mechanizmu stymulowanego sygnałami chemicznymi, enzymami i białkami – to na poziomie molekularnym nasze zdolności uczenia się, zapamiętywania i wyciągania wniosków, zależne są od produkcji odpowiednich białek – a te zależą od ekspresji genów.

Dowodzą tego choćby stymulatory, popularnie zwane dopalaczami. Naturalne środki wspomagające, znane i stosowane są od tysięcy lat. Sztuczne zawdzięczają swój początek chemikowi Gordonowi Allesowi, który w 1929 roku wyprodukował amfetaminę (analog chińskiego zioła leczniczego). Specyfik ten najpierw znalazł zastosowanie w czasie II wojny światowej, pomagając żołnierzom z każdej strony frontu zabijać się nawzajem poprzez zwiększenie ich odwagi i dłuższe utrzymanie aktywności (Niemcy i Japończycy wspomagani byli metamfetaminą, Amerykanie i Brytyjczycy benzedryną). Jako że amfetamina powodowała zbyt wiele skutków ubocznych, w 1956 roku wprowadzono łagodniejszą formę stymulanta – metylofenidatu.

Ale nie ma niczego za nic, a czasem nawet niczego nie ma – poza stratami. Polepszenie pamięci długotrwałej okupione jest zmniejszeniem pamięci roboczej. Już niemal od początku używania amfetaminy wiedziano, że odczucie większej sprawności jest wrażeniem subiektywnym. „Ponieważ środek ten poprawia nasz nastrój, odnosimy wrażenie, że działamy szczególnie dobrze, podczas gdy faktycznie tak nie jest” – podsumowuje działanie stymulatora Nicolas Rasmussen, autor książki Na amfie. Metylofenidat natomiast rzeczywiście poprawiał sprawność poznawczą, lecz przez krótki okres. Stosowany przez dłuższy czas wywołuje nadmierną impulsywność, zwiększa procent błędnych odpowiedzi – co wykazały badania z 1997 Barbary Sahakian oraz Trevora Robbinsona z University of Cambridge oraz naukowców z University of Florida Medical School w Gainesville z 2005 roku.

W ostatnich latach poszukiwanie „wzmacniaczy myślenia” poszło w kierunku leków modyfikujących pracę genów. Testy przeprowadza się na myszach. I chociaż neurobiolog z University of California w Los Angeles Alcino J. Silva mówi z dumą: „Możemy teraz użyć tej wiedzy do wpływania na procesy uczenia się i zapamiętywania”, to trzeba wspomnieć, że większość z 200 modyfikacji genetycznych poprawiających myślenie testowanych gryzoni, wywołała skutki uboczne. Jak dalekie mogą to być skutki, gdy testowane leki zaczną stosować ludzie – trudno przewidzieć...

Układ nagrody