زیست‌شناسی مولکولی رفتار در آپلیزیا و نقش ژن‌های تخم‌ریزی

تحقیقات ما روی آپلیزیا (Aplysia) امکان ادغام زیست‌شناسی مولکولی، زیست‌شناسی مغز، و روان‌شناسی را در رشته‌ای جدید به نام دانش مولکولی رفتار فراهم کرد. ما با استفاده از آپلیزیا روشی آزمایشی برای بررسی ساختار، تجلی، و تنظیم ژن‌هایی ترسیم کردیم که هورمون‌های پپتیدی رفتاری را کدگذاری می‌کنند. هنگامی که کارکردهای رفتاری یاخته‌های مختلف و خوشه‌های سلولی آپلیزیا را بررسی می‌کردیم، به دو خوشه‌ی متقارن نورونی برخوردیم که هر کدام تقریباً دویست یاخته‌ی همانند داشتند، و آن‌ها را یاخته‌های کیسه‌ای نامیدیم. کشف کردیم که یاخته‌های کیسه‌ای هورمونی را ترشح می‌کنند که فرایند تخم‌ریزی را به جریان می‌اندازد. این تخم‌ریزی الگویی رفتاری پیچیده است که به‌صورت غریزی کنترل می‌شود. تخم‌ها در رشته‌های بلند و ژلاتینی کنار هم چیده شده‌اند، و در هر رشته یک میلیون یا بیشتر تخم وجود دارد. تحت تأثیر هورمون تخم‌ریزی، آپلیزیا رشته‌های تخم را از دریچه‌ی دستگاه تناسلی خود، که در نزدیکی سرش قرار دارد، با فشار به بیرون می‌ریزد. در این فرایند، ضربان قلب جانور افزایش می‌یابد و نفس‌هایش تندتر می‌شود. سپس با دهانش رشته‌ی تخم‌ها را می‌گیرد، آن‌ها را تکان می‌دهد تا از مجرای تناسلی بیرون کشیده شوند، دور هم می‌پیچد، به شکل گلوله درمی‌آورد، و روی سنگ یا جلبک قرار می‌دهد (تصویر ۱۸-۲).

ما ژنی را که عامل و کنترل‌کننده‌ی تخم‌ریزی بود جدا کردیم و نشان دادیم که این ژن هورمونی پپتیدی، یعنی تار کوتاهی از اسیدهای آمینه که رسانایی در یاخته‌های کیسه‌ای است، را کدگذاری می‌کند. برای اثبات این امر، هورمون پپتیدی به‌صورت مصنوعی ساخته شد و به آپلیزیا تزریق گردید. سپس فرایند کامل تخم‌ریزی در این جانور مشاهده شد. این آزمایش پیشرفت بزرگی بود، زیرا برای نخستین بار نشان داد که یک تار کوتاه اسید آمینه قادر است مجموعه‌ای از رفتارها را فعال کند. این کار ما را با فناوری دی‌ان‌ای بازترکیب (recombinant DNA) آشنا کرد، که در تحقیقات بعدی درباره‌ی حافظه‌ی درازمدت اهمیت یافت. آزمایش‌های دهه‌ی ۱۹۷۰ عصب‌زیست‌شناسی سلولی را با یادگیری یک رفتار ساده مرتبط ساختند، و تحقیقات بعدی ما در پایان دهه‌ی ۱۹۷۰ زیست‌شناسی مولکولی را با رفتارهای پیچیده پیوند داد (تصویر ۱۸-۳).

تحقیقات ما روی دگردیسی آپلیزیا نیز گام مهمی در زیست‌شناسی مولکولی بود. آپلیزیا در جریان دگردیسی از لاروی شفاف بسیار ریز، که از جلبک تک‌سلولی تغذیه می‌کند، به حلزونی نوجوان و جلبک‌خوار تبدیل می‌شود، که ماکتی کوچک از شکل بالغ جانور است. برای این دگردیسی، لارو باید روی جلبکی خاص به نام لورنسیا پاسیفیکا (Laurencia pacifica) بنشیند و در معرض ماده‌ی شیمیایی ویژه‌ای قرار گیرد. ما جنین‌های آپلیزیا را در محیط طبیعی‌شان بررسی کردیم و دریافتیم که لاروها روی این جلبک می‌نشینند و ماده‌ی شیمیایی موردنیاز برای دگردیسی را از آن می‌گیرند. با پرورش جلبک دریایی، بچه‌حلزون‌های موردنیاز برای کشت یاخته‌های عصبی فراهم شدند. سپس موفق شدیم نورون‌های حسی، نورون‌های حرکتی، و نورون‌های رابط درگیر در واکنش جمع‌شدن آبشش را در محیط کشت (tissue culture) رشد دهیم. این نورون‌ها سیناپس‌هایی را شکل دادند که ساده‌ترین شکل مدار میانجی و تنظیم‌کننده‌ی واکنش جمع‌شدن آبشش را بازتولید می‌کردند. این مدار ساده‌ی یادگیری، پژوهش درباره‌ی زیست‌شناسی مولکولی حافظه‌ی درازمدت را امکان‌پذیر ساخت (تصویر ۱۸-۳).

این آزمایش‌ها نشان دادند که ارتباطات سیناپسی و رفتارهای فیزیولوژیکی نورون‌های حسی و حرکتی در حالت کشت مشابه رفتارهایشان در حیوان کامل است. در حالت طبیعی، شوک به دم آپلیزیا نورون‌های رابط تنظیم‌کننده را فعال می‌کند، سروتونین آزاد می‌شود، و ارتباطات میان نورون‌های حسی و حرکتی تقویت می‌گردد. ما دریافتیم که به‌جای کشت نورون‌های رابط، کافی است سروتونین را در نزدیکی سیناپس‌های بین نورون‌های حسی و حرکتی تزریق کنیم، همان‌جایی که نورون‌های رابط در حیوان کامل سروتونین را ترشح می‌کنند. این روش به ما امکان داد تا اجزای سازنده‌ی ذخیره‌سازی حافظه را با تمرکز بر یک نورون حسی و یک نورون حرکتی منفرد بررسی کنیم (تصویر ۱۸-۴).


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

🆔 @Chekide_ha