Живые часы

Уорд Ритчи

Автор книги, следуя за мировыми авторитетами, называет такой ритм естественным, или свободнотекущим. По его мнению, в постоянных условиях проявляется спонтанный ритм объекта как таковой, без каких-либо наслоений, внесенных внешними сигналами.

Вы только вдумайтесь — естественный ритм при постоянном освещении и постоянной температуре. Условия-то совершенно неестественные! Не следует забывать, что перед нами живой организм, а не часы. И живет он совсем не для того, чтобы измерять время. Представьте себе, например, несчастную мышь, в глаза которой постоянно светит лампочка. По мнению большинства исследователей, именно в таких условиях у нее и будет проявляться «естественный» ритм. Не проще ли считать, наоборот, настоящим, естественным ритмом тот, который проявляется в естественно меняющихся

условиях: в лесу, в поле… Если же организм насильно поместили в искусственные постоянные условия, то его ритм безусловно должен исказиться — «живые часы» начинают идти неверно. Иначе не может быть — живое существо не может безразлично относиться к условиям, в которых оно находится.

Ритм с периодом, отличным от суточного, возникает в постоянных условиях и у человека. Период такого ритма, как правило, больше 24 часов. Но тут, видимо, явление несколько иного порядка — нам всегда не хватает 24 часов в сутки.

Наши опыты с так называемым «свободным выбором условий» подтверждают, что отклонение периода ритма от 24 часов возникает в результате воздействия на организм принудительных постоянных условий. Многие насекомые в период покоя прячутся в щели, под листву, в какие-то другие укрытия. При классической постановке эксперимента (постоянный свет или темнота) у этих насекомых, так же как и у других объектов, внутренние часы начинают спешить или отставать. Представьте себе камеру, одна половина которой освещена, а другая затемнена. На одной стороне камеры постоянный день, на другой — постоянная ночь, и из одной половины в другую можно свободно переходить. Оказывается, что при таком свободном выборе условий насекомые перемещаются то в светлую половину камеры, то в темную. И, что самое важное, период их ритма суточный — точно 24 часа без каких-либо отклонений. Нет принудительных условий— нет циркадного искажения ритма.

Поставим перегородку, отделяющую светлую половину камеры от темной, и будем регистрировать ритмы насекомых отдельно в каждой половине. Как и следовало ожидать, окажется, что периоды ритмов насекомых становятся соответственно больше или меньше 24 часов.

Теперь о главном вопросе биоритмологии — о механизме измерения времени организмом. Здесь дело не пошло дальше многочисленных гипотез, но ни одна из них не дает исчерпывающего объяснения известных в настоящее время фактов.

Наиболее убедительной представляется гипотеза, выдвинутая в конце 40-х годов физиологом растений Д. А. Сабининым. Согласно этой гипотезе, в основе механизма биологического измерения времени лежит работа системы нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Во всяком случае, совершенно очевидно, что биологические ритмы — это такое же кардинальное свойство всего живого, как и наследственность; следовательно, механизм работы часов и механизм работы нуклеиновых кислот могут иметь много общего…

Биологов всегда поражали точность работы биологических часов и их относительная независимость от температуры. Не случайно и сейчас ряд исследователей отрицают возможность такого точного измерения времени самим организмом. По их мнению, организм воспринимает какой-то периодический фактор X и таким образом узнает о времени. И в самом деле, ритм животных, заключенных в термостат, неодинаков в разные дни. Насекомые, например, отлично чувствуют погоду. А если они сквозь стены здания и термостата узнают, какая сегодня погода, то почему бы им не воспринимать и суточные изменения метеорологических и вообще геофизических факторов?

Тем не менее факты, приведенные в книге, неоспоримо доказывают, что во многих, если не в большинстве, случаях ритмы спонтанны и существуют независимо от какого бы то ни было фактора X.

Точка зрения исследователя зависит от того, какими ритмами он занимается, с какими организмами работает и насколько велико многообразие ритмов, охватываемых его исследованиями. Практически все, кто имеет дело с суточной ритмикой, говорят о спонтанности ритмов. Но если приходится заниматься лунными, приливными или сезонными ритмами, то их спонтанность признать значительно труднее. Ведь для измерения солнечно-суточного интервала времени (24 часа) нужны одни часы, лунно-суточного (24,8 часа) — другие, годичного — третьи.

И все эти часы должны обладать исключительной точностью. Не слишком ли много для одного организма? Не проще ли предположить, что хотя бы часть этих ритмов воспринимается извне?

А вообще, правильно ли, что специалист, работая с одним-двумя объектами, пытается дать ответ на вопрос, общий для всех живых организмов? В самом деле, один организм живет в условиях с резко выраженными суточными изменениями; другой, например куколка насекомого, находится под толстым слоем земли или в такой глухой щели, где одинаково темно и ночью и днем. Почему бы ей не воспринимать необычные сигналы времени? Это было бы биологически вполне обоснованно. Тем более, известно, что насекомые чувствительны к электрическим полям, уровню ионизации воздуха и некоторым другим геофизическим факторам. В частности, недавно было обнаружено, что ритмы пещерных кузнечиков, живущих в постоянной темноте, имеют приблизительно 12- и 24-часовые периоды. Максимумы этих ритмов соответствуют максимумам напряжений земной коры, которые возникают, подобно морским приливам, под воздействием притяжения Луны и Солнца.

Ритм служит организму не только для того, чтобы согласовывать его поведение с ходом внешних условий. Ведь «живые часы» — это, как мы уже говорили, лишь образный термин. Дело обстоит гораздо сложнее. Уже давно известно, например, что двигательная активность золотистых хомячков имеет четко выраженный спонтанный ритм. Но Э. Бюннингу удалось показать, что и у кусочка кишечника хомячка, помещенного в сосуд с физиологическим раствором, тоже можно обнаружить ритм: его перистальтические движения меняются в зависимости от времени суток. Где же в таком случае локализованы часы хомячка?

Сейчас уже ни для кого из ученых не секрет, что каждый процесс в каждой живой клетке более или менее ориентирован во времени. Многоклеточный организм несет в себе сложнейшую иерархическую систему «живых часов». Эта «временная организация биологических систем» жизненно необходима. Ни один организм не может существовать без согласования во времени всех внутри и внеклеточных процессов.

Временная организация живой системы — это не что-то сугубо автономное; для нее необходимы внешние сигналы, влияние естественной ритмической среды. Некоторое время организм, по-видимому, может существовать в аритмичной среде. Но подобное нарушение временной организации — отсечение ее внешней компоненты — рано или поздно сказывается на состоянии организма, приводя к снижению его жизнеспособности и, в конечном счете, к гибели. Как бы ни был развит спонтанный ритм — он один не может заменить ритмическое многообразие среды. Совсем недавно К. Питтендраю и его сотрудникам удалось показать, что условия постоянного освещения, а также неестественных световых режимов (не кратных 24 часам) резко снижают продолжительность жизни дрозофил. Мы в своих экспериментах обнаружили, что ритм дрозофил заметно нарушает не только постоянный свет, но и постоянная темнота.

Теперь несколько слов об исследователях, работающих над самыми разными проблемами биоритмологии. Автор знакомит нас с работами многих крупнейших ученых мира. И все же его выбор в той или иной мере случаен. Иначе он несомненно остановился бы более подробно на работах физиолога-медика Ф. Халберга, биохимика Дж. Гастингса, экологов Дж. Клаудсли-Томпсона и Ф. Корбета.

Много интересного можно было бы рассказать о работах Й. Шиманского, выполненных в начале нашего века, о блестящих исследованиях в области ориентации животных и физиологии суточных ритмов, которые проводятся под руководством профессора Г. Бирукова в Геттингенском университете (ФРГ).

Крупнейший советский исследователь А. Л. Чижевский всю свою жизнь занимался изучением влияния солнечных многодневных и многолетних ритмов на биологические объекты. Написанные им в двадцатые годы статьи признаны классическими. Больше всего его интересовало влияние циклов солнечной активности на частоту заболеваний и физиологическое состояние человека.

Вопросом об измерении времени живыми организмами интересовался И. П. Павлов; продолжатели его работ М. Е. Лобашев и В. Б. Савватеев, изучая так называемый «рефлекс на время», поставили ряд интереснейших экспериментов.