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.

---

Хамнер, прекрасно осведомленный о существовании этого осложнения, был убежден, что любые эффекты, которые могут быть внесены этой переменной, будут несущественными. В перерывах между заседаниями он побеседовал со многими исследователями ритмов и получил полнейшее одобрение подготовке экспериментов на Южном полюсе. «До выхода лаборатории в космическое пространство самым лучшим, на что можно сегодня надеяться, будут ваши данные».

Поэтому, узнав в июле 1960 года, что его проект одобрен, он немедленно вызвал наиболее подходящих для выполнения столь ответственного мероприятия сотрудников— Сирохи, Хошизаки и Карпентера — и изложил стоявшую перед ними задачу. В пределах ассигнованной фондом суммы и за очень короткое время они должны подготовиться к отъезду на Южный полюс с лабораторией, полностью оборудованной для количественных биологических исследований.

Основные приготовления сводились к подбору пяти различных организмов и к изготовлению оборудования и приспособлений, необходимых для содержания этих организмов в хорошем состоянии и для записи ритмов их активности. Каждый из отобранных организмов должен был обладать четко выраженным ритмом, а экспериментальные методы регистрации этих ритмов должны были быть хорошо отработанными.

Золотистые хомячки будут помещены в клетки с вращающимися барабанами, соединенными с регистрирующим устройством, так что периоды двигательной активности хомячков будут выглядеть черными полосами на движущейся ленте, а периоды покоя — чистыми участками. Движения листьев у выращенной из семян фасоли будут фиксироваться на инфракрасной пленке при помощи цейтраферной камеры. Плесневый гриб Neurospora crassa будет расти в стеклянных пробирках с питательной средой. Ежедневное нарастание гриба, проявляющееся в виде чередующихся полос, будет оставлять на стекле его собственную запись активности, которая может регистрироваться прямым наблюдением и фотографированием. Плодовые мушки, содержащиеся в сосудах, отложат там яйца, из которых в дальнейшем появится новое поколение дрозофил. Через определенные интервалы времени вновь народившиеся особи будут усыпляться и подсчитываться. Легкие вращающиеся барабанчики для тараканов будут соединены с регистрирующими устройствами. Кроме того, активность тараканов можно регистрировать с помощью покадровой киносъемки.

Предстояло разработать и построить вращающиеся столы и механизмы, которые обеспечат их вращение. Для поддержания постоянной скорости вращения будут использованы синхронно работающие моторы. Кроме исходного условия вращения в направлении, противоположном вращению Земли, в конструкции этих столов будут предусмотрены самые разные скорости и направления вращения.

Одним словом, все, что может понадобиться, исследователи должны взять с собой. Даже самые обычные инструменты, вплоть до молотка и отвертки. Пластиковую теплицу и складные алюминиевые колышки для ее установки, рулон светонепроницаемой ткани для создания в теплице периодов постоянной темноты, искусственную почву и искусственные питательные составы для растений, пленку, фотореактивы, термометры.

Через несколько месяцев они были готовы к отъезду.

Самолет со скрипом тормозит на снегу. Хамнер выскакивает из него, чтобы как можно скорее оттащить контейнеры с драгоценным живым грузом в ожидавшее их натопленное помещение. Не успевает он схватиться за первый ящик, как к нему подходит врач. Он приветствует Хамнера и советует не увлекаться излишними физическими нагрузками. Станция Южный полюс находится на высоте трех тысяч метров, и воздух сильно разрежен. Кроме того, сорок градусов ниже нуля.

Хамнер поражен. Минус сорок градусов даже летом! Нужно немедленно спасать живой груз! Общими усилиями все скоро было размещено в старом гараже, где воздух нагревался и вентилировался, а температура поддерживалась на уровне двадцати градусов.

В этом надежно защищенном от антарктического холода помещении Хамнер и его группа начали готовиться к проведению экспериментов. Чтобы животные не переохладились, их разместили на столах почти в метре от пола. Для поддержания определенного уровня температуры и влажности на складных алюминиевых кольях растянули пластиковое покрытие. К потолку подвесили мощные люминесцентные лампы. Семена сои поместили во влажный вермикулит и поставили для прорастания. Пробирки с Neurospora завернули в темную ткань, так что его рост продолжался теперь в полной темноте. Отладили тонко сбалансированные барабанчики для тараканов и проверили регистрирующие устройства для вертящихся колес в клетках с хомячками. Проверили культуры плодовых мушек в молочных бутылках и отобрали часть из них для экспериментов. Установили вращающиеся столы, проверили моторы и передачи. Уже через неделю после их прибытия на полюс все было готово к началу экспериментов.

Рис. 51. Опыт на Южном полюсе показал, что ритмика выхода мушек из куколок не зависит ни от каких факторов, связанных с вращением Земли.

Полностью выключив в пластиковой теплице освещение, привели во вращение столики и включили инфракрасный свет. Цейтраферная камера должна была регистрировать положение листьев проростков фасоли каждые двадцать секунд. В сущности, это очень напоминало замедленную киносъемку, в инфракрасных 'лучах.

С помощью той же системы записывали двигательную активность тараканов. Вращающиеся барабанчики оказались слишком чувствительными и работали ненадежно; вместо них использовали фотокамеру. Запись на пленку позволяла хотя бы приблизительно оценить активность тараканов. Изображения насекомых в спокойном состоянии были резкими, в активном — расплывчатыми.

Запланированная Хамнером программа научных исследований была выполнена за месяц. Четыре объекта из пяти дали однозначные ответы.

Хомячки, плодовые мушки, растения фасоли и плесневые грибы продемонстрировали совершенно четкие ритмы. Содержались ли они на полюсе неподвижными, вращали ли их на столах в сторону вращения Земли или в противоположном направлении, не имело никакого значения. Не имела никакого значения и скорость вращения столов, — один оборот за 12 часов, одни, четверо или шестеро суток. Ритмы сохранялись при всех этих условиях, как если бы с организмами ничего необычного и не произошло. Как будто они и не покидали Лос-Анджелеса.

Определенного ответа не дали только тараканы. Хамнер объясняет это отчасти тем, что у его группы не было опыта работы с этими насекомыми, но главным образом тем, что тараканы экспериментальной линии никогда не обнаруживали четко выраженного ритма активности.

Карл Хамнер подвел итог своих экспериментов следующим образом:

Планируя опыты в Антарктиде, можно было ожидать один из трех возможных результатов: 1) все внешние проявления ритмичности прекратятся; 2) частота ритмов изменится вследствие вращения столов; 3) суточные ритмы подопытных организмов не изменятся ни от перемещения их на полюс, ни от вращения их там. Все наши данные однозначно подтвердили третье предположение. На основании этих данных можно утверждать, что внешние суточные изменения, связанные с вращением Земли, не оказывают заметного влияния на основной механизм… биологических часов. И хотя биологические часы, возможно, и регулируются какими-то периодически поступающими из внешней среды стимулами, они не зависят от факторов, связанных с вращением Земли. Результаты наших экспериментов не дают никакой информации относительно истинной природы биологических часов, кроме того, что свидетельствуют против гипотезы, предполагающей, что регулировка биологических часов определяется геофизическими факторами.

Но оставался еще один вопрос. Хамнер прекрасно помнил замечание Брауна о том, что в случае получения отрицательных результатов останется без ответа вопрос, как влияет на живой организм вращение магнитного полюса вокруг географического. Чтобы ответить на него, Хамнер, вернувшись в Лос-Анджелес, провел очень остроумный эксперимент.

Исходя из того, что магнитное поле Земли составляет около половины гаусса, он решил, что изменение положения магнитного полюса относительно станции на Южном полюсе оказало бы на организмы заметно меньшее действие, чем их вращение на столе в присутствии магнита. Если он сможет показать, что значительно большие колебания магнитного поля не оказывают влияния на ритмы подопытных животных, аргумент Брауна потеряет свою силу[18].

Поэтому он установил у себя в лаборатории большой стол, вращающийся с той же скоростью, что и столы на Южном полюсе, и поместил рядом с ним сильный постоянный магнит. Живой организм, находящийся на столе, должен был подвергаться действию магнитного поля в 25 гауссов (в пятьдесят раз сильнее магнитного поля Земли), когда приближался к магниту, и только в 2/3 гаусса, когда находился в максимально удаленном от магнита положении. На край вращающегося стола были поставлены фасоль, грибы и плодовые мушки тех же линий, которые испытывались на полюсе. И ни разу это чрезмерно усиленное магнитное поле не нарушило суточных ритмов ни одного из организмов.