Injizierte Erinnerung
Forscher wollen gewonnene Erfahrungen von einem Tier auf ein anderes verpflanzt haben.
Wissen ist essbar. Mit dieser Schlagzeile überraschte das Nachrichtenmagazin »Der Spiegel« im September 1962 seine Leser. Anlass für den Artikel war eine Untersuchung des US-amerikanischen Biologen James McConnell, die darauf hindeutete, dass Erlerntes in Molekülen abgespeichert und von einem Organismus auf einen anderen übertragen werden kann.
In seinem Labor an der University of Michigan hatte McConnell Plattwürmern leichte Elektroschocks versetzt, denen er jeweils einen Lichtblitz vorausschickte. Nach mehreren hundert Versuchen hatten sich die Würmer darauf eingestellt, dass auf einen Lichtblitz stets ein Elektroschock folgte. Denn sie zuckten bereits zusammen, wenn das Licht aufleuchtete. Im Anschluss an dieses auf Iwan Pawlow zurückgehende Konditionierungsexperiment zerkleinerte McConnell die dressierten Würmer und verfütterte sie an nicht dressierte Artgenossen, die im Experiment nun deutlich schneller den Zusammenhang zwischen Lichtblitz und Elektroschock erlernten. Für McConnell bestand kein Zweifel: Die Erinnerung der dressierten Würmer war in speziellen Molekülen gespeichert und mit der Nahrung auf die zweite Gruppe von Würmern übertragen worden.
Doch welche Moleküle konnten eine solche Aufgabe erfüllen? Auch darauf glaubte McConnell eine Antwort gefunden zu haben: RNA-Moleküle, die in Zellen unter anderem genutzt werden, um Informationen des Erbguts aus dem Zellkern in die Zelle zu transportieren. Seiner im »Journal of Neuropsychiatry« veröffentlichten Mitteilung gab er den martialischen Titel »Gedächtnistransfer durch Kannibalismus bei Plattwürmern«. Ein Problem jedoch blieb. Forscher, die das Experiment wiederholten, vermochten dessen Ergebnisse nicht zu Kalifornischer Seehase in freier Wildbahn
reproduzieren. Andere entdeckten Fehler in der Durchführung. Mit der Zeit geriet McConnells Theorie der Erinnerungsmoleküle deshalb in Vergessenheit.
Nach heutiger Auffassung ist Gedächtnis eine Leistung des gesamten Gehirns. Das heißt, Informationen werden getrennt etwa nach visuellen, auditiven oder anderen Bestandteilen in Netzwerken von Nervenzellen (Neuronen) gespeichert. Eine wichtige Rolle hierbei spielen die Kontaktstellen zwischen den Neuronen, die Synapsen, die dem zellulären Austausch von Botenstoffen die-
nen. Wenn jemand etwas Neues lernt und in sein Gedächtnis integriert, verändern und festigen sich die an diesem Prozess beteiligten Synapsen und zwar umso mehr, je öfter man das Gelernte nutzt. Werden die Synapsen dagegen nicht beansprucht, bilden sie sich mit der Zeit zurück. Wir vergessen das Gelernte.
Seit geraumer Zeit gibt es jedoch Hinweise, dass die Herausbildung von Erinnerungen auch an eine Änderung der Genexpression geknüpft ist, die wiederum von nichtcodierender RNA veranlasst wird. Ein Forscherteam um David Glanzman von der University of California in Los Angeles hat diese Vermutung jetzt überprüft, und zwar in einem Experiment, das durchaus Ähnlichkeit mit den Versuchen von McConnell aufweist. Allerdings wurde hierbei kein »Kannibalismus« betrieben. Und anstelle von Plattwürmern kam das bevorzugte Labortier der Gedächtnisforscher zum Einsatz: die Meeresschnecke Aplysia californica, auch Kalifornischer Seehase genannt, die über 70 Zentimeter lang und bis zu zwei Kilogramm schwer werden kann. Ihre rund 20 000 Nervenzellen gehören zu den größten im Tierreich und eignen sich daher gut zum Studium neurophysiologischer Prozesse.
Wie Glanzman und Kollegen im Fachblattt »eNeuro« (DOI: 10.1523/ ENEURO.0038-18.2018) berichten, versetzten sie einigen Schnecken am Körperende zunächst einen Elektroschock. Darauf reagierten die Tiere mit einem Schutzreflex und zogen ihre Kiemen ins Gehäuse zurück. Dies taten sie auch, und zwar für die Dauer von 50 Sekunden, wenn man sie fortan nur noch leicht berührte. Dagegen hielt der durch eine leichte Berührung ausgelöste Schutzreflex bei normalen, sprich nicht mit Elektroschocks sensibilisierten Schnecken nicht länger an als eine Sekunde. Im zweiten Teil des Experiments entnahmen die Forscher RNA-haltige Flüssigkeit aus den Neuronen der sensibilisierten Tiere und injizierten sie in Nervenzellen von nicht sensibilisierten Schnecken. Diese zeigten daraufhin bei Berührung ebenfalls eine fast 50 Sekunden dauernde Schutzreaktion, obwohl sie zuvor gar keinen Elektroschock erhalten hatten.
War ihnen die fremde Erinnerung gleichsam eingespritzt worden? Glanzman hält dies für möglich, denn er ist überzeugt, dass Informationen auch ohne Beteiligung von Synapsen gespeichert werden können. »Wäre es anders, hätte unser Experiment nicht funktioniert.« Seiner Auffassung nach sind epigenetische Veränderungen im Zellkern von Neuronen für die Gedächtnisbildung maßgebend. Die Epigenetik ist ein relativ junges Fachgebiet der Biologie, das sich mit dem regulierenden Einfluss der Umwelt auf das Erbmaterial befasst. Das kann zum Beispiel durch Methylierung geschehen. Dabei heften sich kleine chemische Marker, sogenannte Methylgruppen (–CH3), an bestimmte Stellen der DNA und modifizieren so die Aktivität der dort befindlichen Gene.
Das hier geschilderte Experiment ließe sich demnach wie folgt erklären: Infolge der Sensibilisierung der Schnecken bildeten sich in deren Nervenzellen spezielle RNA-Moleküle, die mittels Methylierung die Aktivität der DNA so beeinflussten, dass eine Verhaltensänderung eintrat. Wurden die RNA-Moleküle nicht sensibilisierten Tieren gespritzt, führten sie bei ihnen über den gleichen Wirkungsmechanismus ebenfalls zu Veränderungen des Verhaltens. Hingegen fand kein »Gedächtnistransfer« zwischen den Schnecken statt, wenn die Forscher die DNA-Methylierung blockierten.
Noch freilich ist offen, ob die gewonnenen Resultate einer kritischen Prüfung standhalten werden. Der Fall McConnell dürfte hier Warnung genug sein. Zudem haben Glanzman und seine Kollegen im Experiment nur reflexhafte »Erinnerungen« übertragen, die mit dem, was wir gemeinhin mit Begriffen wie Gedächtnis und Erinnerung assoziieren, wenig zu tun haben. Denn hier spielen bewusste persönliche Erfahrungen eine zentrale Rolle, und über solche verfügen Schnecken bekanntlich nicht. Ebenso wenig wie Mäuse, an denen die Forscher aus Kalifornien ihre Hypothese als Nächstes testen wollen. Gleichwohl sind die Erwartungen groß. Namentlich in den angelsächsischen Ländern wird schon heute über einen möglichen Einsatz von »gedächtnisspeichernden RNA-Molekülen« bei der Behandlung von Alzheimer spekuliert, was angesichts der gegenwärtigen Datenlage kaum mehr ist als Science-Fiction.
In einem Interview mit der BBC legte Glanzman besonderen Wert auf die Feststellung, dass bei den Experimenten, die er und sein Team durchgeführt hätten, keines der Tiere zu Schaden gekommen sei. Das wäre in der Tat ein Fortschritt gegenüber den Versuchen von McConnell, die zu einer Zeit stattfanden, als der Tierschutzgedanke in der experimentellen Wissenschaft nur eine untergeordnete Rolle spielte.