زیست‌شناسی مولکولی و نقش ژن‌ها در حافظه‌ی درازمدت

فرانسوا ژاکوب پژوهش‌هایش را درباره‌ی ژنتیک باکتری به دو نوع دانش تقسیم کرد: دانش روز، که معقول، منطقی و کاربردی است و پیشرفت‌هایش بر آزمایش‌های دقیقاً طراحی‌شده استوار است، و دانش شب، که کارگاهی از امکانات و گمانه‌زنی‌های مبهم است، جایی که فرضیه‌ها به‌صورت احساس‌های نامشخص ساخته می‌شوند. دانش روز استدلال‌هایی را به کار می‌گیرد که مانند قطعات یک چرخ‌دنده کاملاً با هم جفت‌وجور می‌شوند و به نتایجی قریب به یقین می‌رسد. در اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰، تحقیقات ما درباره‌ی حافظه‌ی کوتاه‌مدت آپلیزیا به دانش روز تبدیل شده بود. ما مسیر و ریشه‌ی یک واکنش اکتسابی ساده را تا نورون‌ها و سیناپس‌هایی که موجد آن بودند ردگیری کرده و ترسیم نمودیم. مشخص کردیم که یادگیری باعث به‌وجودآمدن حافظه‌ی کوتاه‌مدت می‌شود و این کار به تغییرات موقتی در تقویت ارتباطات سیناپسی موجود میان نورون‌های حسی و حرکتی می‌انجامد. این تغییرات کوتاه‌مدت را پروتئین‌ها و مولکول‌هایی که از قبل در سیناپس‌ها وجود دارند ایجاد می‌کنند. کشف کردیم که آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cyclic AMP) و پروتئین کیناز A (protein kinase A) آزادسازی گلوتامات را در پایانه‌های نورون‌های حسی افزایش می‌دهند، که این آزادسازی افزایش‌یافته برای ساخت حافظه‌ی کوتاه‌مدت عاملی کلیدی است. آپلیزیا سیستمی آزمایشگاهی در اختیارمان قرار داد که سازه‌های مولکولی آن را می‌توانستیم با روشی منطقی به کار ببریم.

با این حال، معمای اصلی ذخیره‌سازی حافظه‌ی درازمدت از لحاظ زیست‌شناسی مولکولی حل‌نشده باقی مانده بود: چگونه خاطرات کوتاه‌مدت به خاطرات درازمدت و دائمی تبدیل می‌شوند؟ ما کشف کردیم که شکل‌گیری حافظه‌ی درازمدت به ترکیب پروتئین‌های تازه وابسته است. حافظه‌ی درازمدت مستلزم تغییرات طولانی در تقویت سیناپسی است، که می‌توان آن را نتیجه‌ی تغییرات در دستگاه ژنتیک نورون‌های حسی دانست. برای تحلیل شکل‌گیری حافظه‌ی درازمدت، لازم بود ژرف‌تر به هزارتوی مولکولی نورون‌ها راه یابیم، تا هسته‌ی یاخته، جایی که ژن‌ها قرار دارند و فعالیت‌هایشان کنترل می‌شوند. زیست‌شناسی مولکولی، به‌ویژه ژن‌شناسی مولکولی، از اهمیت برخوردار بود، زیرا در سال ۱۹۸۰ به نیروی حاکم و وحدت‌بخش در زیست‌شناسی تبدیل شده بود و قرار بود تأثیرش را به دانش عصب‌شناسی تسری دهد و در ایجاد دانش نوین ذهن نقش ایفا کند.

شکل‌گیری دانش زیست‌شناسی مولکولی به دهه‌ی ۱۸۵۰ بازمی‌گردد، زمانی که گرگور مندل دریافت اطلاعات وراثتی والدین از طریق بسته‌های زیست‌شناختی جدا از هم به فرزندان انتقال می‌یابد. در سال ۱۹۱۵، توماس هانت مورگان در آزمایش‌هایش بر مگس میوه پی برد که هر ژن در جایگاه معینی به نام لوکوس روی کروموزوم‌ها قرار دارد. در موجودات پیچیده‌تر، کروموزوم‌ها جفت هستند، یکی از مادر و دیگری از پدر، و فرزندان از هر والد یک کپی از هر ژن دریافت می‌کنند. در سال ۱۹۴۲، اروین شرودینگر در کتاب «حیات چیست؟» توضیح داد که گونه‌های جانوران و انسان‌ها از سایر حیوانات تنها در نتیجه‌ی تفاوت در ژن‌ها متمایز می‌شوند. ژن‌ها اطلاعات زیست‌شناختی را در شکلی ثابت کدگذاری می‌کنند، که می‌تواند خودش را کپی کند و به‌گونه‌ای مطمئن از نسلی به نسل دیگر انتقال یابد. وقتی کروموزوم‌ها در تقسیم یاخته‌ای از هم جدا می‌شوند، ژن‌ها در همان جایگاه خود در کروموزوم جدید کپی می‌شوند. فرایند اصلی حیات، ذخیره‌سازی اطلاعات زیست‌شناختی و انتقال آن از نسلی به نسل دیگر از طریق تکثیر کروموزوم‌ها و تجلی دوباره‌ی ژن‌ها در کروموزوم‌های جدید است.

ایده‌ی شرودینگر فیزیک‌دانان را به زیست‌شناسی کشاند و زیست‌شیمی را از رشته‌ای که با آنزیم‌ها و تبدیل انرژی سر‌و‌کار داشت به عرصه‌ای تحقیقاتی مبدل کرد که بر چگونگی کپی‌برداری، انتقال، و تغییر اطلاعات تمرکز داشت. در سال ۱۹۴۹، اسوالد اوری، مکلین مک‌کارتی، و کولین مک‌لئود کشف کردند که ژن‌ها از پروتئین ساخته نشده‌اند، بلکه از دی‌ان‌ای تشکیل شده‌اند. در سال ۱۹۵۳، جیمز واتسون و فرانسیس کریک مدل مارپیچ مضاعف دی‌ان‌ای را ترسیم کردند. آن‌ها با کمک داده‌های اشعه‌ی ایکس از روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز دریافتند که دی‌ان‌ای از دو رشته‌ی موازی مارپیچ تشکیل شده است. هر رشته از چهار نوکلئوتید آدنین (adenine)، تیمین (thymine)، گوانین (guanine)، و سیتوزین (cytosine) ساخته می‌شود، که عاملان انتقال اطلاعات ژن‌ها هستند. آدنین یک رشته فقط با تیمین رشته‌ی دیگر جفت می‌شود و گوانین فقط با سیتوزین پیوند می‌یابد. این اتصالات جفتی، رشته‌های دی‌ان‌ای را کنار هم نگه می‌دارند. این کشف، ایده‌ی شرودینگر را با دنیای مولکول‌ها مرتبط کرد و پیشرفت عظیمی در زیست‌شناسی مولکولی ایجاد نمود.


📓 در جست‌وجوی حافظه: پیدایش دانش نوین ذهن
✍ اریک کندل
®️ سلامت رنجبر

🆔 @Chekide_ha