Живые часы
Шрифт:
Предвидя критические замечания (измерения проводились при слабом освещении), Браун поставил контрольные опыты, которые показали, что ритм изменения окраски крабов при той же температуре в условиях полной темноты абсолютно синхронен с ритмом животных экспериментальной группы.
Поскольку при измерении окраски могли вкрасться отдельные ошибки, Браун и Уэбб статистически обработали полученные данные, но не выявили никаких отклонений от 24-часовой периодичности цикла.
Помимо поразительно точного 24-часового ритма изменения окраски, Браун и Уэбб обнаружили у манящего краба еще один ритм — ритм двигательной активности, но связанный с Луной, а не с Солнцем.
Сохранят ли крабы этот свой распорядок в постоянных условиях лаборатории? Результаты тщательно контролируемого эксперимента показали, что крабы сохраняют этот ритм и в постоянных условиях.
Ответ на один вопрос немедленно поставил перед исследователем несколько других. Что будет, если какое-нибудь существо, жизнедеятельность которого связана с приливами и, следовательно, с фазами Луны, перенести в другое место, где время приливов (если бы они там происходили) заметно отличается от привычного для него?
Сохранится ли у этого существа такой ритм, которому оно следовало на родном берегу, или он сдвинется во времени?
Поскольку лето Браун обычно проводил в Морской биологической лаборатории Вудс-Холла, он легко мог заполучить любое нужное ему существо, поведение которого зависело бы от ритма приливов. Он выбрал устрицу: ей свойствен четко выраженный приливной ритм, и кроме того, за ней удобно наблюдать, поскольку она не бегает по берегу, как краб.
Результаты этого эксперимента были изложены следующим образом:
Устрицы, собранные на отмели в Нью-Хейвене (штат Коннектикут), были перевезены в темном резервуаре в Эванстон (штат Иллинойс). Там их положили в лотки с морской водой и поставили в темную комнату. Первые дни они продолжали максимально раскрывать свои раковины во время наивысшей фазы прилива в Нью-Хейвене. Однако к концу второй недели устрицы изменили свой ритм и стали максимально открывать раковины, когда Луна находилась в зените и надире для Эванстона. Вновь установившееся расписание они сохраняли целый месяц, в течение которого велись эти исследования. Положения Луны в зените и надире — противостоящие положения Луны — соответствуют периодам наибольшего приливного воздействия Луны, которое проявляется в максимальных атмосферных приливах в Эванстоне. Этот же гравитационный эффект определял бы здесь максимальную высоту и океанских приливов, если бы Эванстон находился на берегу моря.
И вновь результаты этого эксперимента послужили для Брауна источником новых проблем. Являются ли так называемые постоянные условия, при которых они изучают организмы, действительно постоянными? Если они непостоянны, если на организм воздействует какой-то периодически изменяющийся неизвестный фактор, то какие ритмы возникают при этом?
О природе этого неизвестного пока еще фактора можно было бы сделать по крайней мере несколько предположений. Обратимся к факторам, связанным с окружающей организм средой, то есть к факторам, цикличность изменения которых может определяться периодичностью влияний окружающей среды. К таким очевидным влияниям можно отнести суточные, лунно-приливные, лунные и годовые циклы. Удивительно, что биологическое действие большинства этих циклов никогда подробно не исследовалось. Решение восполнить этот пробел
Почему Браун выбрал именно картофель? По целому ряду причин. Прежде всего, ему хотелось изучать ритм такого физиологического процесса, который был бы общим для всех живых организмов; не изменение окраски краба или открывание створок устричных раковин, а процесс, свойственный всем животным и растениям. Кроме того, он хотел найти организм, который считался бы неинтересным с точки зрения ритмической активности. Если бы удалось показать, что даже такой организм обладает ритмами, тогда существование аналогичных ритмов в более активных с этой точки зрения организмах было бы несомненно вероятнее. Картофель удовлетворял обоим требованиям.
Одним из показателей физиологической активности картофеля (как, впрочем, и любого другого организма) является уровень обмена веществ. Браун проводил свои эксперименты в условиях постоянной темноты, так что фотосинтез исключался, а обмен ограничивался очень медленным окислением, которое сопровождается поглощением кислорода.
В качестве экспериментального материала он использовал вырезанные из клубня картофеля короткие цилиндрики с одиночным глазком сверху. В темноте из этого глазка развивались бледные болезненные ростки, но, поскольку цилиндрик содержал большой запас питательных веществ, жизнь такого ростка какое-то время поддерживалась даже в герметически закрытом контейнере.
Если Суини измеряла объем кислорода, выделяемого при фотосинтезе, то Браун измерял объем кислорода, поглощаемого при дыхании. И в том и в другом случае дело касалось ничтожно малого количества кислорода. Приходилось вести утомительно долгие наблюдения за еле заметными изменениями показаний очень чувствительных приборов.
Рис. 48. Уровень обмена веществ картофеля, заключенного в герметически закрытые контейнеры, и кривая изменения атмосферного давления в те же дни.
Преодолев все трудности эксперимента, Браун открыл поистине удивительные ритмы. Помимо ожидаемого строго 24-часового ритма обмена веществ, он обнаружил нерегулярные колебания, связанные с изменениями атмосферного давления. Более того, оказалось, что кусочки картофельных клубней могут на два дня опережать показания барометра, даже тогда, когда находятся в герметически закрытых контейнерах!
Чтобы прийти к такому заключению, ему приходилось изо дня в день следить за скоростью обмена веществ у картофеля по объему поглощаемого кислорода, а затем сравнивать изменения в скорости обмена с изменениями атмосферного давления.
Вот как он сам пишет об этом:
«Результаты месячного изучения ритма обмена веществ картофеля представлены на рис. 48. Обратите внимание на то, что картофель изменяет скорость своего обмена веществ обратно пропорционально изменению атмосферного давления (нижняя кривая), но опережая его в среднем на два дня. И действительно, все живые организмы, изучавшиеся в нашей лаборатории в течение последних трех лет, — от морских водорослей до крыс — обнаружили способность предсказывать изменение атмосферного давления обычно на два дня вперед».