Ритчи Уорд - Живые часы

• Название: Живые часы
• Автор: Ритчи Уорд
• Издательство: Мир
• Жанр: Биология
• Год: 1974

Биоритмология — одна из увлекательнейших областей современной биологии. Что такое «внутренние часы» живых организмов? Каковы принципы их работы? Как растения и животные узнают время? В темноте и при постоянной температуре, замурованные в подземельях, они все-таки «знают», который час. Растения вовремя складывают листья и «засыпают», животные ложатся спать и просыпаются точно, как по будильнику.

Обо всем этом в живой и увлекательной форме рассказывает автор «Живых часов». Книга предназначена для широких кругов читателей; особенно полезна она для школьников старших классов и студентов.

---

У Финна вся эта история с улитками вызвала большие сомнения, тем более что некоторые выводы Брауна основывались, с его точки зрения, на статистически недостоверных результатах. Но даже если согласиться с тем, что улитки чувствуют поле достаточно сильного магнита, то как они могут воспринимать магнитное поле Земли? Ведь напряженность его очень мала, она едва достигает половины гаусса. Маленький магнитик и тот в пять-десять раз сильнее такого поля. Как может столь примитивно устроенный организм, как улитка, улавливать незначительные изменения в силе, которая сама по себе так мала?

Профессор поглядывал на студента с одобрительной улыбкой, ему нравилось, как Финн аргументировал свои рассуждения. Но в то же время он знал, что Браун не будет выдвигать серьезных положений без основательной экспериментальной проверки. Кроме того, Браун не настаивал на исключительной роли магнитных полей в регулировке работы живых часов. Он лишь показал в условиях эксперимента, что поведение конкретного организма может регулироваться конкретным воздействием. А если это так, то вполне оправданно его предположение, что какая-то внешняя сила, пока неизвестная, действительно определяет работу живых часов.

Какие же силы, кроме магнитных полей, могут действовать в природе? Изменение концентрации электрических зарядов в атмосфере. Сила земного притяжения. Возможно, есть еще и другие силы космического происхождения, вроде тех, что связаны с солнечными пятнами.

Они задумались над тем, как устранить влияние факторов, связанных с вращением Земли, чтобы в таких условиях изучить поведение какого-нибудь организма. И вдруг им в голову одновременно пришла одна и та же мысль: «На земле есть два места, где все суточные изменения могут быть по существу исключены. Это географические полюса. Если организмы, находящиеся на полюсе, вращать в сторону, противоположную вращению Земли, со скоростью один оборот в сутки, влияние суточного вращения Земли должно бы полностью устраниться. В таких условиях организмы не смогут получать никакой информации о суточных изменениях во внешней среде, за исключением случайно вносимой экспериментатором или той информации, которая может быть связана с суточным движением магнитного полюса относительно географического».

Рис. 50. Карл Хамнер в Лос-Анджелесской теплице. На переднем плане растения дурнишника, на заднем — сои сорта Байлокси.

Радостное возбуждение, охватившее обоих энтузиастов, не помешало им очень быстро оценить всю трудность создания настоящей биологической лаборатории на любом из полюсов. Можно ли сохранить там растения и животных хотя бы просто живыми? И насколько вообще все это практически осуществимо? Ведь для этого нужны огромные средства.

Но денег не было и не предвиделось. Прошло почти три года. Финн защитил докторскую диссертацию, Хамнер продолжал выращивать в теплице дурнишник и сою, на которых изучал гормон, ответственный за цветообразование у растений.

Однажды, перелистывая журнал Science, Хамнер наткнулся на небольшое объявление. В нем говорилось, что Национальная программа антарктических исследований, финансируемая Национальным научным фондом, рассматривает индивидуальные проекты исследований, которые могут быть выполнены в полярных условиях. Он сразу же вспомнил об экспериментах, которые они с Финном обдумывали три года назад. Южный полюс или Северный, какое это имеет значение? Результаты должны быть одинаковыми.

Так в январе 1960 года на столе руководителя антарктическими исследованиями появился проект о проведении на Южном полюсе Земли исследований ритмов у растений и животных.

Пока это предложение обсуждалось в Вашингтоне, Хамнер неожиданно получил приглашение принять участие в работе Международного симпозиума по биологическим часам. Его уведомляли, что международная аудитория симпозиума интересуется результатами его работы о влиянии световых циклов различной продолжительности на суточные ритмы растений.

Хамнер перечитал письмо еще раз. Биологические часы— это как раз то самое, что начинало интересовать его все больше и больше. Он поедет на симпозиум, на котором будут присутствовать все мировые авторитеты в области изучения ритмов, и попытается выяснить их мнение о задуманных им экспериментах на Южном полюсе.

В июне 1960 года в Колд-Спринг-Харборе Хамнер внимательно прослушал сложный и спорный доклад Брауна «Геофизические факторы и проблема биологических часов». Доклад заканчивался так: «Имеются веские основания считать, что живые организмы вполне полагаются на этот зависящий от геофизических факторов часовой механизм. Поскольку организм представляет собой, по-видимому, такую тонко уравновешенную систему, которая может улавливать малые флуктуации как известных, так и неизвестных геофизических факторов, возникает вопрос, насколько существен весь этот комплекс геофизических факторов для самой жизни. Если живые существа приспособились использовать некоторые из этих факторов для ориентации во времени и пространстве, то каковы пределы изменения геофизического антуража жизни, в которых общая картина жизни на нашей планете не нарушалась бы?»

После Брауна на трибуну поднялся Бюннинг, профессор Тюбингенского университета, который указал на факты, противоречившие, по его мнению, выводим Брауна.

На конкретных примерах собственных экспериментов с растениями он показал, что ни в одном из этих экспериментов не было обнаружено ничего, что могло бы говорить о зависимости растений от какого-либо внешнего фактора. Поэтому он не усматривает никаких оснований даже для поисков таких факторов, но считает необходимым добавить, что отсутствие данных о влиянии внешних факторов в одних случаях не исключает, что в других случаях эти факторы могут влиять на эндогенную периодичность.

Взяв слово, Карл Хамнер изложил свое предложение:

Я думаю, что смогу предложить экспериментальный подход, который, возможно, даст ответ на обсуждаемый вопрос. Около трех лет назад у одного из моих учеников, доктора Финна, и у меня возникла идея, что вращение Земли вокруг своей оси можно рассматривать как меняющийся фактор внешней среды. Если бы организм каким-то образом мог воспринять или измерить вращение Земли, он имел бы очень точные часы. Например, допустим, что организм постоянно подвергается действию излучения, испускаемого из определенной точки космического пространства. Из-за вращения Земли направление на источник этого излучения будет все время изменяться. Таким образом, измеряя направление излучения по отношению к направлению силы тяжести, организм мог бы точно судить о времени.

Я говорю об излучении в качестве примера, а вовсе не предполагаю, что оно действительно испускается из какой-то точки пространства. Опираясь на такой постулат, мы поставили предварительные эксперименты, в которых растения располагали горизонтально и вращали таким образом, что направление силы тяжести по отношению к растению постоянно менялось, то есть сила тяжести по существу исключалась как неизменный фактор. Наши предварительные результаты показывают, что такие растения, по-видимому, теряют свою способность чувствовать время, поскольку ритмические движения листьев сейчас же исчезают. Конечно, на основании этих предварительных результатов нельзя еще делать окончательные выводы.

В январе 1960 года мы представили Национальному научному фонду проект, который предусматривал проведение работ в районе Южного полюса Земли. Предполагается поместить на вращающийся стол около полюса организмы, обладающие эндогенными ритмами. Стол должен вращаться со скоростью один оборот за 24 часа в сторону, противоположную вращению Земли, так что организмы будут оставаться в строго фиксированном положении в пространстве. Кроме того, в полярных районах нет суточных изменений в окружающей среде, что исключает влияние вращения Земли как возможного указателя времени. Если организмы потеряют свое чувство времени, это будет служить доказательством того, что они каким-то образом «осведомлены» о вращении Земли. Если же ритмы у этих организмов не изменятся, то это будет означать, что организмы не чувствуют земного вращения и что часы, вероятно, контролируются каким-то эндогенным механизмом. Такие столики можно вращать с различными скоростями как в сторону вращения Земли, так и в противоположную. Мне кажется, что такие эксперименты сыграли бы решающую роль в нашем понимании биологических часов.

В ответном выступлении Браун заметил, что положительные результаты такого эксперимента были бы очень интересны. Но он предостерег от неправильной интерпретации отрицательных результатов, поскольку в этих экспериментах всегда надо учитывать, например, сложное суточное движение магнитных полюсов относительно географических.