Безсмъртните гънки: древният мозък пази тайни в продължение на хилядолетия

Най-крехкият орган се оказа най-устойчив на разложение.

Учени от Оксфорд разкриха необичаен феномен: оказва се, че мозъчната тъкан може да остане непокътната в продължение на много години след смъртта. Идентифицирани са повече от 4400 случая на естествено запазване на този орган на възраст до 12 000 години.

Мозъкът се смята за най-краткотрайно запазваният орган в човешкото тяло. Когато кръвоснабдяването бъде прекъснато, необратимите промени в невроните започват само след няколко минути. През първите часове ензимите разрушават тъканта отвътре, клетъчните мембрани се разпадат и органът се превръща в течност. След това микроорганизмите завършват процеса на разграждане.

В някои случаи обаче нервната тъкан проявява забележителна устойчивост на разграждане, като оцелява в продължение на векове и дори хилядолетия. Подобни екземпляри са открити в древни погребения, гробници, масови гробове и дори потънали кораби.

Александра Мортън-Хейуърд, молекулярен биолог от Оксфорд и водещ автор на статията, е събрала най-голямата в света колекция от древни образци – повече от 600 образеца на възраст до 8000 години. Материалът е набавен от Великобритания, Белгия, Швеция, САЩ и Перу в съответствие с етичните правила за научни изследвания на Оксфордския университет.

Повратна точка в изследването на феномена е находката от 2008 г. в английския Хеслингтън – череп на обезглавен мъж на възраст 2500 години, в който е запазена свита мозъчна тъкан. Невробиолози от Университетския колеж в Лондон идентифицираха почти 800 запазени протеина в древната проба – рекорден брой за археологията.

Оказа се, че основна роля за запазването на тъканите играе неправилното прегъване на протеините – процес, подобен на патологиите при невродегенеративните заболявания като Алцхаймер, Паркинсон, амиотрофична латерална склероза и спонгиформна енцефалопатия по говедата. В живия организъм протеините се образуват от вериги от аминокиселини (в човешкия организъм има 20 основни вида) и приемат уникална триизмерна структура. Нарушенията в клетъчната среда обаче могат сериозно да нарушат този процес.

Класически пример за такова смущение е яйчният белтък: прозрачната течност се разгъва, заплита и образува съсиреци при промяна на условията (например при пържене или варене). Подобен процес протича в нервната тъкан на микроскопично ниво, когато протеинът губи нормалното си състояние и образува заплетена маса с други неправилно навити протеини. При заболяване неправилно нагънатите протеини придобиват възможно най-голяма стабилност и става почти невъзможно да се разкъсат образуваните между тях връзки.

Мортън-Хейуърд изследва древни образци с мощни микроскопи, провежда експерименти за разлагане на нервна тъкан на мишка в различни среди и използва масспектрометрия за идентифициране на запазените аминокиселини. Тя поставя мозъци на мишки в съдове с вода или утайка, за да проследи разлагането им във времето. Сред 400-те открити протеина най-разпространен е основният протеин миелин, който образува изолиращата обвивка на нервните влакна – неговата пластичност играе ключова роля за формирането на уникалните нервни връзки на всеки индивид и за това как те се променят през живота.

За задълбочен анализ проби от древна тъкан бяха изследвани в синхротрона Diamond Light Source, националния ускорител на частици в Обединеното кралство. Електроните, ускорени почти до скоростта на светлината, помогнаха да се разбере съставът на металите, минералите и молекулите, участващи в процеса на запазване.

Най-често целните образци са били откривани в заблатени райони с ниски нива на кислород. Мозъчната тъкан е съставена от 80% вода, а останалата част са протеини и липиди – мастни, восъчни или маслени съединения, които са неразтворими във водата.

Доскоро се смяташе, че тъканта се запазва чрез образуването на „гробен восък“ – подобно на сапун вещество, което се получава при преобразуването на телесните мазнини. Изследванията обаче показаха, че централната нервна система съдържа твърде малко триглицеридни мазнини, необходими за подобен процес.

Учените предполагат, че запазването става чрез молекулярно кръстосано свързване: остатъците от протеините и разрушените липиди образуват гъбест полимер, устойчив на разграждане. Процесът може да бъде катализиран от металите, особено от желязото.

Владимир Уверски, биофизик от Университета на Южна Флорида, установява, че най-често срещаните запазени протеини се характеризират с висока степен на безпорядък. Той нарича това явление „нестабилност на стабилността“ и предполага, че неорганизираните протеини действат като „молекулен разтвор“, като слепват молекулите в твърди агрегати.

По време на живота организмът се предпазва от неправилното сгъване на протеините, но тези механизми отслабват с възрастта и напълно престават да действат след смъртта. В мъртвата тъкан процесите на кръстосано свързване и агрегация са ограничени единствено от законите на химията и физиката.

Много от тези екземпляри са открити в масови гробове, в гробищата на викторианските работнически домове и психиатрични болници, както и в местата с насилствена смърт. Изследователите смятат, че оксидативният стрес по време на живота предизвиква молекулярни процеси, които продължават и в гроба.

Учените отбелязват, че макар механизмите на запазване на древните тъкани да се различават от протеиновите аномалии при живите пациенти, между тях има интригуващи паралели. Вече можем да изучаваме процесите на стареене във времеви мащаби, които значително надхвърлят продължителността на човешкия живот.

Да добавим, че учени от Университета в Рочестър, Йейлския университет и Принстън успяха да разработят метод, който дава възможност за „записване“ на нови модели на активност в човешкия мозък, променяйки възприемането на новите визуални категории обекти, без да се налага физическо манипулиране на мозъка. Учените наричат този процес „извайване“ на модели на мозъчна активност. Методът би могъл да намери приложение при лечението на психиатрични разстройства и при разработването на мозъчно-компютърни интерфейси.