Voiko muisti periytyä?

Jos biologiassa on helppoja kysymyksiä, tämän pitäisi olla niistä yksinkertaisimpia: voiko muisti periytyä? Näyttäisi siltä, että vastaus on selvä ”ei”. Muistot tallentuvat aivoihin hermosolujen yhteyksien eli synapsien muodossa, eikä tätä tietoa voi mitenkään siirtää sukusolujen DNA:han eli perintöön, jonka saamme vanhemmiltamme; emme peri heidän koulussa oppimaansa ranskaa, vaan meidän on opittava se itse. Silti jo vuosien ajan on tullut yhä enemmän viitteitä, jotka horjuttavat tätä biologian klassista dogmaa: ainakin joillakin lajeilla tietyt muistin muodot voivat siirtyä jälkeläisille.

Laajimmassa merkityksessään ajatus muistista koskee fenotyyppistä piirrettä – mitattavissa tai havaittavissa olevaa – joka on hankittu yksilön elämän aikana. Evoluutioteorian kypsymisen aikaan ranskalaisesta luonnontieteilijästä Jean-Baptiste Lamarckista tuli hankittujen ominaisuuksien periytymisteorian puolestapuhuja: esimerkiksi lihaksen kehittyminen harjoittelun myötä. Lamarckin teesit kumottiin lopulta, mutta 1900-luvun lopulla tutkimus alkoi paljastaa, että on olemassa hankittujen ominaisuuksien periytymistä, jolle annettiin nimi epigenetiikka (kirjaimellisesti ”geenien päällä”).

Ympäristön vaikutuksista, kuten ravinnosta, epäpuhtauksista ja muista, voi jäädä geeneihin kemiallisia jälkiä, jotka eivät muuta geenien sekvenssiä, mutta muokkaavat niiden toimintaa. Koska nämä epigeneettiset merkit voivat siirtyä seuraavalle sukupolvelle sukusolujen DNA:n kautta, ne edustavat eräänlaista periytyvää muistia: lasten geenit muistavat ympäristötekijät, joille heidän vanhempansa ovat altistuneet. Vaikka epigenetiikka kätkee vielä monia salaisuuksiaan, ne, jotka ovat tulossa tunnetuiksi, osoittavat, ettemme ole vielä mitanneet sen rajoja.

Muistien siirtäminen eläimestä toiseen

Vuonna 1962 biologi James V. McConnell julkaisi kiistanalaisen kokeen, jossa hän väitti voivansa siirtää oppimisprosessia madolta toiselle ruokkimalla jälkimmäiselle edellisen jauhettuja jäänteitä. McConnell oli vakuuttunut siitä, että muistin engrammi – hypoteettinen termi muistin fyysiselle jäljelle – sijaitsi RNA-molekyyleissä, ja että nämä pystyivät siirtämään muistin eläimestä toiseen.

Vaikka McConnellin kokeet joutuivat tiedeyhteisön taholta huonoon valoon, pian sen jälkeen julkaistiin muita tutkimuksia, jotka näyttivät osoittavan muistojen siirtymistä jyrsijältä toiselle aivojen uutteiden ruiskuttamisen avulla. Myös näissä tapauksissa muiden tutkijoiden kielteiset tulokset kyseenalaistivat teorian, jota oli jo ennestään vaikea sulattaa. Silti viime vuosikymmeninä on tiedetty, että RNA-molekyylit eivät ainoastaan kuulu yleisimpiin epigeneettisiin mekanismeihin, vaan ne osallistuvat myös pitkäkestoisen muistin muodostumiseen.

Viime aikoina McConnellin hypoteesi on uudestisyntynyt tuhkastaan riippumatta siitä, olivatko hänen kokeissaan kuvaamansa vaikutukset todellisia vai eivät. Toukokuussa 2018 Kalifornian yliopistossa Los Angelesissa toimivan David Glanzmanin tekemä tutkimus osoitti, että RNA-uutteen ruiskuttaminen Aplysia californica – muistitutkimuksen klassikkoeläimen – merisimpukan Aplysia californica -yksilöistä, jotka on koulutettu reagoimaan sähköiseen ärsykkeeseen, kykenee siirtämään tämän oppimisen toisille kouluttamattomille yksilöille. Lisäksi Glanzman osoitti, että ensimmäisen eläimen RNA stimuloi toisen eläimen hermosoluja, jotka on eristetty Petrimaljalle. ”Aivan kuin siirtäisimme muistin”, Glanzman sanoo. ”Jos muistot tallentuisivat synapseihin, kokeemme ei olisi mitenkään toiminut.”

Toistaiseksi muut asiantuntijat ovat olleet varovaisia arvioidessaan Glanzmanin tutkimusta. Se ei kuitenkaan ole ainoa, joka viittaa mekanismeihin, jotka kykenevät siirtämään epigeneettisiä engrammeja – eli muistoja – yksilöstä toiseen. Lisäksi muissa kokeissa on luovuttu keinotekoisesta injektiomenetelmästä, jota ei todennäköisesti esiinny luonnossa, ja osoitettu, että oletettu RNA-muisti voisi periytyä lapsille heidän vanhemmiltaan.

Käyttäytymisen periytyminen

Että tämä olisi mahdollista, on ensin avattava väylä RNA:n siirtymiselle neuroneista sukusoluihin, mitä ei dogmin mukaan ole olemassa. Mutta juuri näin teki Marylandin yliopiston tutkijaryhmä vuonna 2015, kun he havaitsivat, että Caenorhabditis elegans -madossa tietyt neuroneissa tuotetut RNA:n säikeet voivat kulkeutua sukusoluihin ja vaimentaa jälkeläisten geenit jopa 25 sukupolvea myöhemmin.

Kesäkuussa 2019 Tel Avivin yliopiston (Israel) tutkijoiden julkaisemassa tutkimuksessa laajennettiin näitä tuloksia ja osoitettiin, että madon neuroneissa tuotettu RNA vaikuttaa jälkeläisten ravinnonhankintakäyttäytymiseen sukusolujen välityksellä ja että tämä oppiminen siirtyy useiden sukupolvien ajan. Tutkimuksen johtajan Oded Rechavin mukaan ”nämä havainnot ovat vastoin yhtä modernin biologian perusoppeja.”

Seuraavassa kuussa Dartmouthin Geisel School of Medicinessä (Yhdysvallat) toimivan Giovanni Boscon tekemä tutkimus osoitti, että Drosophila melanogaster -hedelmäkärpäset voivat periä vanhemmiltaan munintakäyttäytymisen, jonka vanhemmille saa aikaan kosketus toukkia loisiviin ampiaisiin; jälkeläiset omaksuvat saman käyttäytymisen ilman, että ne ovat itse kokeneet uhkaa.”

On kuitenkin syytä korostaa, että se, mitä havaitaan matojen tai kärpästen kohdalla, ei välttämättä päde ihmisiin. Mutta se voisi. Jo vuonna 2013 Emory-yliopiston tutkimus osoitti, että hiirissä tietyn hajun aiheuttama pelko voi siirtyä epigeneettisten mekanismien kautta myös niiden jälkeläisiin. Ja hiiri on jo paljon enemmän meidän kaltaisemme.

”Tapahtuuko tätä muillakin eläimillä kuin hedelmäkärpäsillä ja matoilla?” Bosco kysyy. ”Kyllä, olen vakuuttunut siitä, että näin tapahtuu, ja tarvitsemme vain jonkun fiksun henkilön, joka keksii oikean kokeen, jotta voimme todella testata sitä esimerkiksi ihmisillä”, hän kertoo OpenMindille. ”Uusi väylä on nyt vihdoin tulossa kokeiltavaksi tavalla, jolla voimme alkaa ymmärtää molekyylimekanismeja ja tiettyjä molekyylejä, joiden avulla eläimet voivat periä tietynlaista käyttäytymistä ja muistia.”

Javier Yanes

@yanes68