Суть метода состоит в том, чтобы одну из «букв»-оснований (для этого выбрали T) в лабораторных условиях пометить низкоактивным радиоактивным изотопом водорода, в результате чего это вещество начинает испускать радиоактивное излучение и, таким образом, постоянно сообщает о своем присутствии. Клетку в избытке снабжают меченым основанием T, например введя его в кровеносную систему. Учитывая, что меченый T встречается значительно чаще, чем обычный, который образует сама клетка, первый будет с большей вероятностью встраиваться в новые цепочки, и они станут слаборадиоактивны. Если затем нанести на препарат фотоэмульсию, она потемнеет в тех и только в тех местах, где клетки содержат ДНК с радиоактивной меткой. Радиоактивная метка может находиться исключительно в клетках, появившихся в результате клеточного деления именно тогда, когда был введен меченый тимидин. Таким образом, мы точно знаем, когда произошло деление материнской клетки, давшей начало выявленным потемневшим клеткам.
Если меченой оказалась нервная клетка, то известно время ее образования путем клеточного деления. Если этот момент относится ко взрослому возрасту, значит, мы имеем дело с нейрогенезом взрослых!
Однако определить на основании одного только внешнего вида, относится ли клетка к числу нейронов, не так уж просто. В нашем случае это критически важно, ведь если в данном вопросе возникают сомнения, аргументация в пользу нейрогенеза взрослых теряет всякую силу.
На самом деле именно этот момент в экспериментах Альтмана и вызвал наибольшее количество сомнений. Мог ли исследователь быть уверен, что речь действительно идет о нейронах? Не мог, хотя новообразованные клетки гиппокампа принадлежат к популяции клеток очень характерного внешнего вида. Другим веским аргументом критики был открытый вопрос: какая же клетка, собственно, должна была разделиться, чтобы образовались новые нервные клетки? Ведь никаких подтверждений того, что нейроны могут делиться, по-прежнему не было и нет. Что же это тогда за клеточный тип? Альтман совершенно верно предположил, что существует «некий вид клеток-предшественниц», но о таком типе в тканях головного мозга ничего не было известно, и прошло еще почти 30 лет, прежде чем в 1992 году данное предположение удалось обосновать. Именно тогда Брент Рейнольдс и Самюэль Вейс из канадского Университета Калгари впервые описали стволовые клетки взрослого мозга – а это и есть те клетки, из которых образуются новые нейроны
.
Рейнольдс и Вейс открыли стволовые клетки, которые содержатся в стенках наполненных жидкостью мозговых полостей, так называемых желудочков мозга, и отвечают за нейрогенез взрослых в обонятельной луковице. Стволовые клетки гиппокампа были впервые описаны вскоре после этого рабочей группой Фреда Гейджа. Ясодхара Рэй первой выделила их из гиппокампа плода, то есть еще нерожденного организма, и размножила, вырастив клеточную культуру. Ее коллега Тео Палмер, ныне профессор Стэнфордского университета, что находится к югу от Сан-Франциско, в 1995 году опубликовал описание аналогичного процесса в мозге взрослых крыс
.
Последнее открытие имело эпохальное значение, но мир научной прессы часто бывает очень несправедлив. Престижные журналы отклонили статью Палмера как недостаточно новаторскую. Его опередили Рейнольдс и Вейс, а также его собственная коллега Рэй. Но именно в его работе был найден, вероятно, важнейший в конечном счете элемент – в первую очередь если говорить о применимости этих данных к человеку. То, что можно было предполагать после исследований Рейнольдса и Вейса, теперь было установлено точно: существуют стволовые клетки, способные производить в гиппокампе крыс новые нейроны. Это и были те самые активно делящиеся клетки, которые Альтман пометил авторадиографическим методом.
Метод, использующий излучение тимидина, отличается трудоемкостью; сегодня к нему также неохотно прибегают из-за радиоактивности, пусть даже очень слабой. Требования высокие, с другой стороны, он сложен в применении. С его помощью можно получить лишь черно-белое изображение; к тому же невозможно использовать его одновременно с современными флуоресцентными методами, когда различные маркеры в клетках дают разный цвет, что позволяет с очень высокой точностью определить клеточный тип. Для этого требуется «холодный» процесс, в ходе которого можно было бы маркировать флуоресцентными красителями в том числе новообразованный генетический материал. Хотя такой процесс и был разработан в 80-е годы, в сферу изучения нейрогенеза взрослых он проник лишь еще через много лет после фундаментальных исследований Ноттебома – тот все еще опирался на тимидиновый метод. Первая работа, в которой с помощью современной методики, с одной стороны, четко пометили новые клетки, а с другой – маркировали их принадлежность к нейронам, относится к 1996 году. Эта методика носит название используемого в ней вещества, бромдезоксиуридина, сокращенно БДУ. БДУ – аналог тимидина, в том числе в ДНК он может замещать основание T. Иными словами, он очень похож на тимидин, вступает с ним в конкуренцию и встраивается вместо него в новые цепочки ДНК, но это сходство не бесконечно. Особые белки иммунной системы, называемые антителами, способны отличить БДУ от тимидина. Если пометить такое, распознающее только БДУ, антитело, флуоресцентным красителем, то под флуоресцентным микроскопом все клетки, содержащие новообразованную ДНК, будут светиться – в отличие от других, старых клеток, содержащих лишь обычный тимидин (см. рис. 4 на вклейке).
Этот метод с использованием БДУ до сих пор остается основным в исследовании новых нервных клеток. В то же время сегодня с целью подтвердить и более точно описать нейрогенез взрослых разработано множество других методик. В науке это происходит постоянно: она стремится постичь одно и то же явление разными, независимыми друг от друга методами. Только их независимость и позволяет гарантировать, что мы не находимся в плену всеобщего заблуждения.
Благодаря такому методологическому разнообразию мы можем считать существование нейрогенеза у взрослых млекопитающих, включая человека, установленным фактом. Однако до этого пришлось пройти долгий путь.
Пределы нейрогенеза взрослых у человека
В первую очередь стало понятно, что тимидиновый метод нельзя применять к человеческому организму, поскольку в нем используется радиоактивное излучение, пусть и очень слабое; но при этом никакой другой методики в распоряжении ученых не было. До 1998 года на этом месте в истории стояла точка, и в том числе по этой причине открытие Альтмана сперва не вызвало того большого воодушевления, с которым мы говорим о нем сегодня. Требовался метод с использованием БДУ, который стал распространен только в 90-е годы XX века.
Как правило, в научном фольклоре неприятие идеи нейрогенеза взрослых всецело приписывают одному человеку – легендарному ученому югославского происхождения Паско Ракичу из Йельского университета, которому мы во многом обязаны своим пониманием того, как развивается кора головного мозга у приматов; но главное – что он действительно был первейшим скептиком в отношении данного открытия. Своими революционными работами Ракич создал препятствие, которое сначала казалось непреодолимым. Дело в том, что, всесторонне исследуя кору головного мозга у обезьян, нейрогенеза взрослых он там ни разу не видел. С другой стороны, он занимался именно новой корой, а не гиппокампом. В свою очередь, Альтман описывал явление нейрогенеза и в новой коре тоже, а вся эта научная область тогда была развита значительно меньше, чем сегодня. Веских оснований распространять аргумент Ракича не только на новую кору, но и на гиппокамп на самом деле никогда не существовало (хотя гиппокамп представляет собой нечто вроде новой коры головного мозга в упрощенном виде), однако такое могло произойти, учитывая, как мало было известно ученым на заре подобных исследований. Когда в 90-е годы ХХ века Ракич наконец перешел к исследованию гиппокампа, ему пришлось признать, что нейрогенез взрослых встречается и у обезьян. Но в неокортексе его по-прежнему не было ни у грызунов, ни у обезьян, ни у человека. В итоге получилась странная дискуссия, участники которой никак не могли найти между собой общий язык и которая причинила много вреда. Однако Фернандо Ноттебом, утверждая, что Ракич таким образом якобы «единолично отбросил всю область на десятилетия назад», на самом деле тоже был не совсем прав – позже мы это увидим. Самая значительная работа Ракича, опровергающая идею нейрогенеза взрослых, – это статья, которая вышла в 1985 году, то есть на пике энтузиазма вокруг канареек, и в статье этой Ракич говорит о «пределах нейрогенеза взрослых у человека»
. С одной стороны, для этого он использовал свои наблюдения за неокортексом обезьян, с другой стороны, он привел некий очень важный теоретический аргумент, хотя и лишь в коротком заключительном предложении. Ракич утверждал, что потеря способности к нейрогенезу во взрослом возрасте – это признак более высокого уровня развития мозга. В своей аргументации он также обращался к эволюции и отстаивал ту точку зрения, что приматы утратили способность к нейрогенезу, поскольку новые нервные клетки несовместимы с огромными мыслительными способностями нашего мозга. Новые нейроны, по мнению Ракича, внесли бы в сеть нестабильность, и как следствие – оказали бы разрушительный эффект. В корне этот аргумент игнорировать нельзя, и позже он приобрел свое значение. Правда, не то, которое предполагал Ракич, а как раз обратное. В действительности нейрогенез взрослых позволяет обеспечить баланс между стабильностью и пластичностью. Это идет человеческому мозгу на пользу. Развитый с эволюционной точки зрения, сложный мозг отличается не только стабильностью (которая, конечно, также необходима), но и пластичностью тоже. Однако вначале аргументация Ракича возымела свое действие, несмотря на то что он вовсе не касался в своих исследованиях гиппокампа, и в его статье, «вообще говоря», речь шла о новой коре головного мозга.
[9]
