Kan geheugen worden overgeërfd?

Als er in de biologie eenvoudige vragen te beantwoorden zijn, dan zou deze een van de eenvoudigste moeten zijn: kan het geheugen worden overgeërfd? Het antwoord lijkt een volmondig “nee” te zijn. Herinneringen worden in de hersenen opgeslagen in de vorm van neuronale verbindingen of synapsen, en er is geen manier om deze informatie over te dragen op het DNA van kiemcellen, de erfenis die wij van onze ouders ontvangen; wij erven niet het Frans dat zij op school hebben geleerd, maar wij moeten het zelf leren. En toch zijn er sinds jaren steeds meer aanwijzingen die dit klassieke dogma van de biologie ondermijnen: althans bij sommige soorten kunnen bepaalde vormen van geheugen worden overgedragen op nakomelingen.

In de ruimste zin is het idee van geheugen van toepassing op een fenotypische eigenschap – meetbaar of waarneembaar – die wordt verworven tijdens het leven van het individu. Ten tijde van het ontstaan van de evolutietheorie werd de Franse naturalist Jean-Baptiste Lamarck de kampioen van een theorie over de overerving van verworven kenmerken: bijvoorbeeld de ontwikkeling van een spier door oefening. De stellingen van Lamarck werden uiteindelijk weerlegd, maar aan het eind van de 20e eeuw begon onderzoek aan het licht te brengen dat er wel degelijk een overerving van verworven eigenschappen bestaat, die de naam epigenetica (letterlijk: “bovenop de genen”) kreeg.

Milieu-invloeden zoals voedsel, verontreinigende stoffen en andere kunnen chemische sporen op genen achterlaten die hun sequentie niet veranderen, maar wel hun activiteit wijzigen. Omdat deze epigenetische markeringen via kiemcel-DNA aan de volgende generatie kunnen worden doorgegeven, vertegenwoordigen zij een vorm van overerfbaar geheugen: de genen van kinderen herinneren zich de milieufactoren waaraan hun ouders werden blootgesteld. Hoewel de epigenetica nog veel van haar geheimen verbergt, laten de geheimen die bekend worden zien dat we de grenzen ervan nog niet hebben afgemeten.

Overdracht van herinneringen van het ene dier op het andere

In 1962 publiceerde de bioloog James V. McConnell een controversieel experiment waarin hij beweerde een leerproces van de ene worm op de andere te kunnen overdragen door de laatste de vermalen resten van de eerste worm te voeren. McConnell was ervan overtuigd dat het engram van een geheugen – een hypothetische term voor het fysieke spoor van het geheugen – zich in RNA-moleculen bevond, en dat deze dat geheugen van het ene dier op het andere konden overdragen.

Hoewel de experimenten van McConnell door de wetenschappelijke gemeenschap in diskrediet werden gebracht, werden kort daarna andere studies gepubliceerd die een overdracht van herinneringen van het ene knaagdier op het andere leken aan te tonen via injecties van hersenenextracten. Ook in deze gevallen trokken negatieve resultaten van andere onderzoekers een theorie in twijfel die toch al moeilijk te verteren was. En toch is in de afgelopen decennia bekend geworden dat RNA-moleculen niet alleen tot de meest voorkomende epigenetische mechanismen behoren, maar dat ze ook betrokken zijn bij de vorming van langetermijngeheugen.

Nu is McConnells hypothese uit zijn as herrezen, ongeacht of de effecten die hij in zijn experimenten beschreef echt waren of niet. In mei 2018 toonde een studie van David Glanzman van de Universiteit van Californië in Los Angeles aan dat de injectie van een RNA-extract van exemplaren van de zeeslak Aplysia californica-een klassiek dier in geheugenonderzoek-getraind om te reageren op een elektrische stimulus, in staat is om dit leren over te dragen op andere ongetrainde individuen. Bovendien toonde Glanzman aan dat het RNA van het eerste dier de neuronen van het tweede dier, geïsoleerd op een petrischaaltje, stimuleert. “Het is alsof we het geheugen hebben overgedragen,” zegt Glanzman. “Als herinneringen werden opgeslagen bij synapsen, zou ons experiment op geen enkele manier hebben gewerkt.”

Voorlopig zijn andere deskundigen voorzichtig geweest in hun beoordeling van Glanzman’s studie. Maar het is niet de enige die wijst op mechanismen die in staat zijn epigenetische engrammen – dat wil zeggen herinneringen – over te brengen van het ene individu naar het andere. Bovendien hebben andere experimenten afgezien van de kunstmatige methode van injectie, waarvan het onwaarschijnlijk is dat die in de natuur voorkomt, en hebben aangetoond dat het veronderstelde RNA-geheugen door kinderen van hun ouders kan worden geërfd.

Gedrag overerven

Om dit mogelijk te maken, moet er eerst een pad worden geopend voor de overdracht van RNA van neuronen naar kiemcellen, iets wat volgens het dogma niet bestaat. Maar dit is precies wat een team van onderzoekers aan de Universiteit van Maryland in 2015 deed toen ze ontdekten dat in de worm Caenorhabditis elegans bepaalde strengen van RNA geproduceerd in neuronen naar kiemcellen kunnen reizen en genen in het nageslacht het zwijgen kunnen opleggen, zelfs tot 25 generaties later.

In juni 2019 heeft een studie gepubliceerd door wetenschappers van de Universiteit van Tel Aviv (Israël) deze resultaten uitgebreid en aangetoond dat RNA geproduceerd in neuronen van wormen het foerageergedrag van hun nakomelingen beïnvloedt via kiemceloverdracht, en dat dit leren gedurende meerdere generaties wordt overgedragen. Volgens de directeur van de studie, Oded Rechavi, “gaan deze bevindingen in tegen een van de meest fundamentele dogma’s in de moderne biologie.”

De volgende maand toonde een studie van Giovanni Bosco van de Geisel School of Medicine in Dartmouth (VS) aan dat fruitvliegen van Drosophila melanogaster van hun ouders eierleggedrag kunnen erven dat bij de ouders wordt opgewekt door contact met wespen die op hun larven parasiteren; hun nakomelingen nemen hetzelfde gedrag over zonder de dreiging zelf te hebben ervaren.

Het moet echter worden benadrukt dat wat bij wormen of vliegen wordt waargenomen, niet noodzakelijk van toepassing is op mensen. Maar het zou wel kunnen. Al in 2013 toonde een studie van Emory University aan dat de angst die bij muizen wordt opgewekt voor een bepaalde geur ook via epigenetische mechanismen kan worden doorgegeven aan hun nageslacht. En een muis lijkt al veel meer op ons.

“Gebeurt dit ook bij andere dieren dan fruitvliegjes en wormen?” vraagt Bosco zich af. “Ja, ik ben ervan overtuigd dat het gebeurt, en we hebben alleen nog een slim iemand nodig die het juiste experiment bedenkt om het daadwerkelijk te testen, bijvoorbeeld bij mensen,” vertelt hij aan OpenMind. “Een nieuwe weg wordt nu eindelijk toegankelijk voor experimenten op een manier waarop we kunnen beginnen met het begrijpen van moleculaire mechanismen en specifieke moleculen die dieren in staat stellen om bepaalde soorten gedrag en geheugen te erven.”

Javier Yanes

@yanes68