Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Reklama

Człowiek, który barwił neurony

Człowiek, który barwił neurony

23.04.2018
Czyta się kilka minut
WIELKIE PYTANIA | Przez ponad dwieście lat delikatna, blada tkanka mózgu opierała się badaczom. Trzeba było podwójnej wrażliwości malarza i naukowca, aby posiąść tajemnicę jej budowy mikroskopowej.
Drobiazgowy rysunek Cajala przedstawiający budowę komórek hipokampa mózgu człowieka trzy godziny po jego śmierci MUSEO CAJAL W MADRYCIE
T

Trudno dzisiaj wyobrazić sobie, że mózg jest jednorodną, zbitą i nierozłączną masą – tak przyzwyczajeni jesteśmy do obrazu tkwiącej w naszych głowach sieci delikatnych, nitkowatych neuronów. Jednak jeszcze pod koniec XIX wieku, dwieście lat po wynalezieniu mikroskopu i pierwszej obserwacji komórek, wciąż nie było jasne, jak wygląda mózg w skali mikroskopowej. Trzeba było naukowca-artysty, jakim był pochodzący z hiszpańskiej Nawarry Santiago Ramón y Cajal (1852–1934), aby dać początek współczesnej neurobiologii.

Młody Cajal chciał zostać malarzem. Ojciec, lokalny chirurg, widział w nim jednak przyszłego szewca lub fryzjera, bo taki zawód dałby temu krnąbrnemu chłopcu niezbędną dyscyplinę. Wszystko potoczyło się jednak inaczej, gdyż w wieku kilkunastu lat Santiago się zmienił. Podobno pod wpływem wypraw na cmentarze w poszukiwaniu ludzkich kości z ekshumowanych grobów, które ojciec kazał mu następnie pieczołowicie przerysowywać. Ostatecznie trafił na studia medyczne, jednak nigdy nie porzucił pasji do malowania.

W 1873 r., zaraz po ukończeniu medycyny, Cajal przywdział wojskowe kamasze i jako oficer medyczny został wysłany na Kubę, na której trwała właśnie wojna dziesięcioletnia – pierwszy zryw militarny Kubańczyków pragnących uwolnić się spod panowania Hiszpanów. Schorowany i doświadczony ludzkim cierpieniem, młody medyk wkrótce powrócił do ojczyzny. Po odzyskaniu sił rozpoczął akademicką karierę. W 1875 r. został profesorem pomocniczym anatomii na Uniwersytecie w Saragossie. Za pieniądze odłożone z wojskowego żołdu kupił mikroskop do prowadzenia badań na tkankach.

Czarna reakcja

Badania rozpoczął od przyjrzenia się strukturze włókien mięśniowych i reakcji zapalnych organizmu. Zanim całkowicie poświęcił się badaniom mózgu, odkrył i opisał komórki, dzisiaj nazywane komórkami śródmiąższowymi Cajala. Znajdują się one w obrębie błony mięśniowej ścian jelit. Pełnią funkcję przekaźnikową transmisji nerwowo-motorycznej, a niektórzy uważają je za swoisty „drugi mózg”. Dzięki odkryciom Cajalego oraz późniejszym badaniom wiadomo, że nasze jelita są bardzo unerwione (zawierają ok. 200 mln neuronów) i poprzez włókna nerwu błędnego połączone z ośrodkowym układem nerwowym.

Zasłynął również badaniami nad cholerą. Przez rząd Saragossy i Uniwersytet w Walencji został nagrodzony (w 1885 r.) najnowszym mikroskopem Zeissa – rolls-royce’em wśród ówczesnych przyrządów optycznych. Ten sprzęt umożliwił mu jeszcze dokładniejsze badania neuronów.

W tamtych czasach były to wyjątkowo „kapryśne” dla badaczy komórki. Problem z prowadzeniem na nich badań polegał na odpowiednim wybarwieniu i utrwaleniu preparatu, tak aby neurony stały się widoczne. Około 60 lat wcześniej z podobnym wyzwaniem borykała się fotografia. Z pomocą Cajalowi przyszedł jego znajomy, psychiatra dr Lacabra, pasjonat histologii i badań mikroskopowych. Zaprezentował mu skrawek mózgu wybarwiony i utrwalony przez Camillo Golgiego. Ten włoski uczony wynalazł tę technikę w 1872 r. – 14 lat przed tym, jak dowiedział się o niej Cajal.

Metoda Golgiego przypominała trochę wywoływanie i utrwalanie zdjęć w dawnych technikach szlachetnych. Niewykluczone, że Golgi zainspirował się fotografią. Pokrycie papieru światłoczułą emulsją zawierającą azotan srebra jest jednak znacznie prostsze niż nasączenie nią mózgu. Kluczem do właściwego wybarwienia neuronów było długie przepajanie tkanki, najpierw przez dwa dni formaldehydem, a następnie przez kolejne dwa dni azotanem srebra. Niestety, nie wszystkie neurony można było łatwo wybarwić. Do końca nie wiadomo, dlaczego tylko na błonach lipidowych niektórych neuronów chromian srebra ulega krystalizacji, powodując zabarwienie na czarno. Analogicznie jak w przypadku naświetlania papieru pokrytego światłoczułą emulsją – pod wpływem światła związek ten zaczyna ciemnieć. Zafascynowany Santiago bez reszty poświęcił się badaniom z wykorzystaniem tej techniki. Pobierał próbki tkanek od różnych zwierząt i ludzi. „Czarna reakcja” była techniką mało stabilną chemicznie, a co za tym idzie, przysparzała wielu frustracji badaczom.

W tym czasie ośrodek badawczy włoskiego wynalazcy bardzo prężnie się rozwijał. Golgi mógł poszczycić się także sukcesami swoich podopiecznych. Jeden z nich, Adelich Negri, odkrył okrągłe ciałka występujące w cytoplazmie neuronów okolicy hipokampa u chorych na wściekliznę (dzisiaj nazywane ciałkami Negriego).

Włoski wynalazca zapisał się na zawsze w historii anatomii jako odkrywca aparatu Golgiego (1898) i neuronów Golgiego typu I i II. Część badaczy kwestionowała istnienie aparatu Golgiego, sądząc, że jest to artefakt związany z techniką barwienia. Dopiero w 1956 r. za pomocą mikroskopu elektronowego udało się potwierdzić tezy włoskiego histologa. Komórki pierwszego typu – nazywane neuronami projekcyjnymi – charakteryzują się bardzo długimi aksonami, dzięki którym komunikują się z oddalonymi strukturami jak np. jądra móżdżku. Neurony typu drugiego mają lokalne rozgałęzienia dendrytyczne, tak że komunikują się tylko z najbliższymi komórkami.

Co ciekawe, Golgi uważał jednak, że mózg jest monolitem, zbudowanym wprawdzie z komórek, ale ściśle z sobą połączonych. Nawet jak na tamte czasy był to niecodzienny pogląd.

Doktryna neuronowa

Cajal bardzo rzadko podróżował i tylko raz wybrał się na kongres naukowy, aby porównać swoje obserwacje z badaniami innych znanych anatomów. Jego wyjazd do Berlina okazał się bardzo owocny. Spotkał tam m.in. niemieckiego badacza Wilhelma Waldeyera-Hartza. W publikacji niemieckiego badacza (1891) po raz pierwszy pojawiło się określenie „neuron”, a według zaproponowanej przez niego „doktryny neuronowej” mózg również składa się z niezależnych komórek nerwowych. Jego hipotetyczne rozważania – ku radości obu naukowców – znalazły potwierdzenie w niezależnych badaniach Cajala. Nie brakowało też głosów sprzeciwu i powątpiewania. Niedokładna wówczas technika barwienia budziła kontrowersje co do tego, co jest artefaktem, a co faktycznie istniejącym obiektem.

Santiago Ramón y Cajal (1852–1934) /MUSEO CAJAL W MADRYCIE / ALBUM / ORONOZ / EAST NEWS
Santiago Ramón y Cajal (1852–1934) /MUSEO CAJAL W MADRYCIE / ALBUM / ORONOZ / EAST NEWS

Cajal wszystko bardzo skrzętnie notował i rysował. Wiele rysunków zostało sporządzonych z niesamowitą pieczołowitością. Był też wielkim pasjonatem fotografii, za pomocą której starał się dokumentować swoją pracę. Próbował też tworzyć mikrofotografie wybarwionych komórek. Tylko jak najlepiej pokazać miejsca, w których stykają się ze sobą sąsiednie neurony? Czy one faktycznie łączą się ze sobą w sposób ciągły? Cajal intuicyjnie pojął, że nie są to twory ściśle ze sobą połączone, lecz są odrębnymi komórkami. Dzisiaj wiemy, że łączą się one ze sobą dzięki synapsom, chemicznym lub elektrycznym. Do komunikacji dochodzi w szczelinie synaptycznej przy udziale neurohormonu lub impulsu elektrycznego. W tamtych czasach nie istniały jeszcze na tyle dokładne mikroskopy, metody barwienia czy mikroelektrody pozwalające zaobserwować proces komunikacji, jednak Cajal przewidział, że transmisja sygnału dokonuje się na niewielkiej odległości między komórkami, a impuls musi wychodzić z ciała komórkowego w stronę innej komórki poprzez akson. Dziś wiemy, że dokonuje się to za sprawą polaryzacji błony komórkowej neuronów, czyli występowania w każdym jej obszarze wyróżnionego kierunku, w którym może przemieszczać się sygnał. Kwestia połączeń pomiędzy neuronami na zawsze poróżniła Cajala z Golgim.

Pomimo tych diametralnych różnic obaj naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla (1906) w dziedzinie medycyny i fizjologii. Ceremonia wręczania nagród była dla obu nagrodzonych pierwszą w życiu okazją, aby spotkać się osobiście. Uroczysty wykład rozpoczął włoski uczony. Był bardzo sceptyczny względem tezy Cajala dotyczącej komunikacji neuronalnej i „doktryny neuronowej”. Ku zaskoczeniu wszystkich w swoim przemówieniu starał się wykazać braki w twierdzeniach powszechnie już panującej doktryny. Cajal w swoim wykładzie nie odniósł się do kontrreferatu. Skupił się głównie na tym, co udało mu się odkryć, oraz wnikliwie przedstawił eksperymentalną ścieżkę, którą doszedł do swoich wyników. Po zakończonych wykładach obaj panowie nigdy więcej się nie spotkali.

Dziś wiemy, że to Cajal miał rację, a wiele jego intuicji wytyczyło kierunek badań neuronaukowych. Trudno jest wyrokować, czy to zmysł artystyczny, czy intuicja naukowa w większym stopniu pomogły mu w dokonaniu przełomowych odkryć. Pozostawił po sobie wiele znakomitych świadectw, że posiadał jedno i drugie. W madryckim muzeum można podziwiać 3000 preparatów, 1756 szkiców i rysunków, 2773 fotografie i mikrofotografie autorstwa Cajala. Emil Holmgren, szwedzki histolog, który na zlecenie Komitetu Noblowskiego przygotował 50-stronicowy raport na temat Golgiego i Cajala, dał w swojej opinii pierwszeństwo temu drugiemu. „Cajal nie przysłużył się nauce – głosi ów raport – korygując obserwacje dokonywane przez innych (...) albo dodając tu i ówdzie ważne obserwacje do całokształtu wiedzy, lecz poprzez opracowanie niemal w całości podstaw naszego myślenia [o tkance nerwowej]”.

Największym dokonaniem Cajala było zaś, jak twierdził Holmgren, nie tyle samo zaobserwowanie nowych struktur anatomicznych, ile przede wszystkim umiejętność zinterpretowania i zrozumienia tego, co widzi. ©

MACIEJ DULEWICZ ukończył studia neurobiologiczne na Uniwersytecie Jagiellońskim. Zajmuje się neuroestetyką.

Galeria zdjęć

Czytasz ten tekst bezpłatnie, bo Fundacja Tygodnika Powszechnego troszczy się o promowanie czytelnictwa i niezależnych mediów. Wspierając ją, pomagasz zapewnić "Tygodnikowi" suwerenność, warunek rzetelnego i niezależnego dziennikarstwa. Przekaż swój datek:

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum
Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz

© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]