کرم‌ها با تبادل RNA، خاطرات خود را با دیگران به اشتراک می‌گذارند

دوره‌ی وحشتناک مسمومیت غذایی تجربه‌ای نیست که فراموش شود. کرم الگانس (با نام علمی Caenorhabditis elegans) نه‌تنها اطمینان حاصل می‌کند که آن را به خاطر می‌آورد، بلکه از نظر ژنتیکی نیز تهدید آن وعده غذایی ناخوشایند را به فرزندان خود منتقل می‌کند تا آن‌ها را مجبور کند که از آن دور بمانند. اگر با بدشانسی یکی از آن کرم‌ها له شود، هشدار رمزگذاری‌شده در RNA می‌تواند از بدن در حال متلاشی‌ شدن کرم نشت کند و به‌طور بالقوه توسط هریک از اعضای در حال عبور این گونه برداشته شود.

این ابزار قابل‌ توجه انتقال حافظه توسط پژوهشگرانی از آزمایشگاه مورفی دانشگاه پرینستون آمریکا به‌عنوان مجموعه مطالعاتی روی رفتارهای ارثی در این نماتد کشف شده بود.

به‌ علت وجود مانع نسبتا محکم میان سلول‌های زایا که نسل جدید را پدید می‌آورند و سلول‌های بدن والد، زمانی این باور وجود داشت که رویدادهایی که فیزیولوژی والد را تحت‌ تأثیر قرار می‌دهند، نمی‌توانند در فرزندان آن‌ها برجای بمانند. این دیدگاه با کشف اینکه تنش‌های محیطی در جانورانی نظیر C. elegans موجب تغییر نحوه‌ی فعال‌ شدن ژن‌ها نه‌تنها در فرزندانشان بلکه در نسل‌های آینده می‌شود، کنار گذاشته شد.

پدیده‌ی فوق مختص کرم‌ها نیست. ژن‌های فرزندان مگس‌های میوه و حتی موش‌ها را می‌توان با نشانه‌هایی در محیط والدین آن‌ها تغییر داد و عملا عملکردهای زیستی نسل‌های آینده را دستخوش تغییر کرد.

کرم‌ها رشته‌های RNA را از غذای سمی خود از طریق روده جذب کرده بودند که در میان آن‌ها قطعه‌‌ی RNA غیر کدکننده‌ای به نام P11 قرار داشت. مشخص شد این تکه‌ی اسید نوکلئیک به کد متناظر آن در ژنوم کرم متصل می‌شود (ژنی که maco-1 نامیده می‌شود) که در ادراک حسی نقش دارد. درنتیجه‌ی این امر، کرم یاد می‌گیرد در آینده از P. aeruginosa اجتناب کند. به طرز شگفت‌آوری، این تغییر رفتاری بر زادگان کرم نیز تأثیر می‌گذارد و حداقل به چهار نسل بعدی یاد می‌دهد از این غذای میکروبی خاص اجتناب کنند.

آخرین آزمایش نشان می‌دهد که حافظه ژنتیکی امری کاملا خانوادگی نیست و شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد به شکل افقی نیز منتقل می‌شود؛ اما برای این کار، به‌طور غم‌انگیزی ابتدا معلم باید متلاشی شود. مورفی می‌گوید:

دریافتیم که کرم می‌تواند یاد بگیرد از این باکتری بیماری‌زا دوری کند و اگر آن کرم را له کنیم یا حتی فقط از محیطی استفاده کنیم که کرم‌ها در آن شنا می‌کنند و آن محیط یا کرم‌های له‌شده را به کرم‌هایی بدهیم که آن تجربه را نداشته‌اند، این کرم‌ها نیز یاد خواهند گرفت از آن پاتوژن پرهیز کنند.

بررسی نماتدهایی که قدرت یادگیری ترفند اجتناب فوق را ندارند، نشان داد که با وجود نقش شناخته‌شده‌ی maco-1 در پرهیز از سودوموناس، وجود این ژن به‌تنهایی نمی‌تواند علت ارثی بودن این رفتار را توضیح بدهد. اتفاق دیگری در حال رخ دادن بود؛ بنابراین پژوهشگران در جستجوی کشف عوامل دیگر پشت‌‌صحنه‌ی این سازگاری عصبی عجیب برآمدند.

مظنون اصلی، ژن پرش‌کننده دوره‌گردی به نام Cer1 بود که قبلاً مشخص شده بود ویژگی‌های مناسبی دارد که بتواند مانند ویروس‌ها از بخشی از ژنوم به بخش دیگر ژنوم بپرد. مورفی می‌گوید:

آنچه ما کشف کردیم، این است که به‌ نظر می‌رسد رتروترانسپوزونی (ژن‌های انتقالی) به نام Cer1 که ذرات ویروس‌مانندی ایجاد می‌کند، حافظه‌ای را نه‌تنها بین بافت‌های مختلف یک کرم (از سلول‌های زایا به نورون‌ها) حمل می‌کند، بلکه این حافظه را بین افراد نیز منتقل می‌سازد.

کرم‌هایی که به‌طور طبیعی فاقد Cer1 بودند یا با هدف نداشتن آن ویرایش شده بودند، نمی‌توانستند خوردن مقدار اندکی از P. aeruginosa را تحمل کنند.

البته این تجربه‌ی یادگیری بدون خطر نیست. رفتار پرش رتروترانسپوزون می‌تواند باعث آسیب شود؛ زیرا خود را وارد بخش‌هایی از ژنوم جانور می‌کند و این امر نشان می‌دهد که نسبت‌ به آسیب‌های بالقوه، باید مزیتی داشته باشد.

این پدیده امروزه جذاب به نظر می‌رسد؛ اما نیم قرن پیش اشاره به اینکه تجارب تغییردهنده رفتار می‌تواند به ارث برسد، موجب بحث‌های شدیدی در میان دانشمندان می‌شد. در آن دوران، جیمز وی. مک‌کانل، روانشناس حیوانات به‌ خاطر این پیشنهاد که کرم‌های پهن می‌توانند با خوردن کرم‌های پهن آموزش‌دیده‌تر خاطراتی را به ارث ببرند، معروفیت بدی پیدا کرد.

اما از آن زمان، فصل مک‌کانل در تاریخ زیست‌شناسی بحث در زمینه‌ی نفوذپذیری سد میان والد و فرزند را تحت‌ تأثیر قرار داده و این پرسش را ایجاد کرده است که آیا تجربیات یک نسل از جهان می‌تواند مستقیما بر رویکرد نسل بعدی تأثیر بگذارد. وسعت این رویداد در انسان هنوز در حال بررسی است و نشانه‌های هیجان‌انگیزی وجود دارد که ما نیز از این قاعده مستثنا نیستیم.

این پژوهش در مجله‌ی Cell منتشر شده است.