Nicienie to prymitywne robaki zamieszkujące wszystkie ekosystemy - wody słodkie i słone, glebę oraz organizmy żywe na których pasożytują. Szczególnie interesującym gatunkiem jest Caenorhabditis elegans, o niepozornych rozmiarach jednego milimetra. Siedzi w glebie i żywi się zgnilizną. Ze względu na swoją prostotę i przezroczystość jest to najlepiej poznany organizm wielokomórkowy.
Składa się ze stałej liczby komórek, co pozwoliło dokładnie zmapować jego organizm i prześledzić działanie każdej z nich. Znamy dokładną historię podziału każdej komórki od zapłodnienia do dorosłości. Mamy pełny atlas ekspresji genów w każdej komórce na różnych etapach robaczego życia. Dzięki tej żmudnej analizie dostrzeżono pewną matematyczną sprzeczność.
Podczas procesu embrionalnego i larwalnego u obojnaka powstawało 1090 komórek somatycznych lecz dorosły osobnik posiadał tylko 959. Gdzieś po drodze "znikało" 131 komórek. Komórki umierały i zostawały "pożerane" przez inne tkanki. Ze względu na precyzyjną powtarzalność jasnym było, że nie jest to proces przypadkowy, a ściśle zaprogramowany.
Zresztą już w latach siedemdziesiątych brytyjscy naukowcy doszli do wniosku, że niektóre komórki ssaków umierają w sposób uporządkowany i nazwali to apoptozą. W następnej dekadzie amerykański biolog molekularny Howard Robert Horovitz zaczął szukać genetycznych przyczyn tej śmierci komórkowej u naszego nicienia C. elegans.
Znalazł konkretne geny które tym sterują i udowodnił, że podobne mechanizmy genetyczne występują u ludzi. Jest to ważne w kontekście pewnych chorób neurodegradacyjnych (gdzie komórki umierają przedwcześnie), a przede wszystkim nowotworowych (gdzie zmutowane komórki nie chcą umierać). Komórka musi "wiedzieć" kiedy staje się w organizmie zbędna.
Za badania nad tym skromnym robaczkiem Horovitz dostał w 2002 roku Nagrodę Nobla. Dziś wiadomo, że dokładna liczba komórek obojnaka to 1033 bo w 2025 roku odkryto dodatkową parę neuronów, ale to taki szczegół... Żeby było ciekawiej nie wszystkie nicienie C. elegans są obojnakami - statystycznie jeden na tysiąc rodzi się samcem.
Samce powstają z reguły jako... błąd genetyczny. Obojnaki zapładniają własne komórki jajowe własnymi plemnikami, lecz sporadycznie podczas mejozy dwa chromosomy płciowe (XX) nie rozdzielają się prawidłowo i powstaje komórka bez chromosomu. Gdy łączy się z "normalną" komórką (posiadającą jeden X) powstaje rzadki samiec.
Lecz gdy już się pojawi w populacji sytuacja ulega zmianie. Samce produkują plemniki z których połowa ma chromosom X, a połowa nie ma go wcale. Hermafrodyta zaś posiada komórki jajowe z jednym chromosomem X. W wyniku klasycznego aktu seksualnego powstaje więc 50% samców i 50% obojnaków. Tylko po co "samowystarczalnym" obojnakom samce?
Ewolucja ich nie wyeliminowała, więc pewnie bywają przydatni... To genetyczna "pula ratunkowa". Jak wiadomo dzięki aktom seksualnym dochodzi do rekombinacji genów, a różnorodność zwiększa szanse na przetrwanie jeśli warunki środowiskowe ulegną zmianie. Część nowych genów może być przydatna w obliczu nowych zagrożeń.
Dodatkowo hermafrodyta produkuje ograniczoną liczbę plemników - około 300. Jeśli jednak dostanie plemniki od innego osobnika może złożyć nawet 1000 jaj (czyli ponad trzykrotnie więcej). W idealnych warunkach samce zanikają gdyż samozapłodnienie jest wygodniejsze i szybsze. Lecz jeśli wystąpi czynnik stresowy (brak pożywienia, toksyny, patogeny) samców zacznie przybywać, żeby przyspieszyć ewolucję populacji.
Jeśli zaś chodzi o anatomię to między samcami a obojnakami występują znaczne różnice. Otóż samiec ma dokładnie 1033 komórki. Posiada 41 dodatkowych komórek mięśniowych w tylnej części ciała koniecznych mu do odbycia rytuału godowego. Obojnak posiada 302 neurony, a samiec 83 neurony więcej - odpowiadają one za zachowania seksualne.
I tu przechodzimy do najciekawszej moim zdaniem części czyli układu nerwowego. Jak już wiemy samce to rzadkość, więc nicienie C.elegans dysponują na ogół 302 neuronami. Dzięki temu że mają ich tak mało możemy dokładnie przyjrzeć się pracy ich układu nerwowego - nie tworzy on scentralizowanego mózgu, lecz sieć (konektom) pozwalającą reagować na podstawowe bodźce.
Ze względu na ograniczoną liczbę komórek C.elegans inteligencją oczywiście nie grzeszy, ale i tak potrafi nas zaskakiwać. Gdy zaczęto go badać w latach sześćdziesiątych naiwnie sądzono, że taki prymityw musi być "biologicznym robotem". Sądzono że jego zachowanie jest całkowicie automatyczne, a skromna liczba neuronów działa jako z góry zaprogramowany obwód elektryczny.
Receptor miał odbierać bodziec, przekazywać go do interneuronu, ten zaś przekazywać miał ją komórce ruchowej uruchamiając mięsień. Ale jego układ nerwowy nie jest sztywną matrycą - sieć jest potężnie splątana, pełna pętli sprzężeń zwrotnych i alternatywnych ścieżek. Występuje w niej zmienność (plastyczność) połączeń nerwowych, choć główne ścieżki synaptyczne są stałe...
Poza tym jego układ nerwowy może działać bezprzewodowo, za pomocą neuropeptydów działających w przestrzeni międzykomórkowej. Co z tego wszystkiego wynika? Nawet najmniejszy robaczek ma pamięć i może się czegoś nowego nauczyć. A to dlatego że układ nerwowy w trakcie rozwoju ulega przebudowie. Robaczek zdobywa pewną wiedzę, choć żyje tylko dwa tygodnie.
Wyróżniamy zwłaszcza dwa mechanizmy - asocjację i habituację. Nicienia szczególnie interesują aspekty pożywienia i zagrożenia życia. Może w tym kontekście wytwarzać pozytywne bądź negatywne skojarzenia. Proces tworzenia tych skojarzeń (asocjacji) to nic innego jak dobrze znane pawłowskie warunkowanie. Habituacja to zaś przyzwyczajenie czyli brak reakcji na powtarzający się bodziec, który nie niesie ze sobą żadnych konsekwencji.
Więc choć robaczek żyje krótko posiada zarówno krótkotrwałą jak i długotrwałą pamięć. Może nie wydaje nam się to specjalnie spektakularne - potrafi pamiętać jakiś czynnik przez dobę - lecz jego układ nerwowy wiele mówi o... naszym mózgu. Otóż podobnie jak ludzie C. elegans reguluje sposób komunikacji swoich neuronów neuroprzekaźnikami. A wśród nich znajdziemy starą dobrą dopaminę, serotoninę, acetylocholinę, kwas GABA i glutaminian.
Kiedy robaczkowi podawano LSD jego życie wydłużało się o 17-18%, ograniczając odkładanie się lipofuscyny która wraz z wiekiem uszkadza komórki (produkt uboczny rozkładu kwasów tłuszczowych nasilający stres oksydacyjny). Składał jednak mniej jaj i mniej żerował, bo serotonina informowała go o nasyceniu i dobrobycie.
Po alkoholu stawał się nadpobudliwy, a w fazie upojenia nieskoordynowany czy wręcz sparaliżowany. Wykazywał też objawy uzależnienia ignorując pożywienie byle tylko dotrzeć od upragnionego etanolu. Po amfetaminie i kokainie zaczynał chaotycznie i szybko pełzać ignorując obecność pokarmu. Nadmiar dopaminy doprowadzał nicienia do ekstremalnej reakcji behawioralnej. Odstawienie do głodu narkotykowego.
Człowiek ma trochę więcej neuronów (średnio 86 miliardów) ale z grubsza wygląda to podobnie... Co więcej podobnie jak ten miniaturowy obleniec mamy w mózgu podobne mechanizmy molekularne pamięci długotrwałej. Białko CRH-1 występujące u naszego obłego przyjaciela jest homologiem ludzkiego białka CREB1. Wykazuje 50% podobieństwa aminokwasów, a kluczowe domeny są niemal identyczne.
Mamy więc ze sobą zaskakująco wiele wspólnego. To wszystko pokazuje, że fundamentalne mechanizmy działania mózgu powstały już setki milionów lat temu. Ewolucja tylko je rozbudowała. Dzielimy ogromną liczbę genów odpowiedzialną za rozwój i funkcjonowanie neuronów, posługujemy się tymi samymi cząsteczkami sygnałowymi.
Natomiast odkryta u C. elegans komunikacja neuropeptydowa (bezprzewodowa) pokazała, że przed powstaniem sieci układy nerwowe działały w sposób rozproszony i chemiczny. Pierwotnie było to coś w rodzaju "biologicznego Wi-Fi". Robaczek używa kilkuset różnych neuropeptydów odbieranych przez 150 receptorów. Ewolucja anatomii po prostu uczyniła z pierwotnej "chemicznej zupy" coś w rodzaju komputera.
Zamknięto zupę w przewodach i nadano jej przyspieszenie elektryczne. Ssaki naczelne dodały do tego wszystkiego jeszcze korę przedczołową i stwierdziły, że mają duszę. Lecz to już czysta spekulacja, choć niektórzy próbują tego dowieść nawet na drodze fizyki kwantowej... Ten cud natury - potężna samoświadomość - napawa nas tak ogromnym lękiem, że nie możemy pogodzić się ze swoim nieuchronnym losem.
Lecz odchodzimy z tego świata, a niepowtarzalna kombinacja połączonych neuronów ulega rozkładowi. Ciężko jednak zrozumieć to subiektywnie, bo życie to jedyna rzeczywistość której możemy dotknąć. Wyobraźnia jest tylko przejawem istnienia. A o NIEBYCIE nie wiemy nic. Tak czy siak już czekają tam na nas nasze ukochane robaczki. Święto zmarłych to dla nich istny raj zwiędłych kwiatów i chryzantem. Oto poetycka ironia biologii - życie karmi się rozpadem.























