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.

---

Когда тропическое солнце поднимается над морем, ловля уже в полном разгаре. Выходят сотни лодок и каноэ. Добычу черпают банками, бидонами из-под керосина, сетями. Появление червей означает пиршество и для рыбы. Вокруг, заглатывая червей и не обращая внимания на лодки и сидящих в них людей, снуют крупные рыбы и акулы.

По мере того как солнце прогревает воздух, длина червей заметно изменяется. Они начинают как бы разламываться на все более мелкие части, и часа через три после восхода на поверхности моря остаются лишь клочья пены…

Рис. 5. Южнокалифорнийская рыбка атерина-грунион выметывает икру в наиболее благоприятный период приливного цикла, чтобы обеспечить в дальнейшем выживание молоди. Самка откладывает икру в вырытую хвостом ямку в песке. Самцы ползают вокруг нее и оплодотворяют икру.

На южнокалифорнийских пляжах можно услышать передающуюся из уст в уста весть: «Сегодня вечером набег груниона!». Отдыхающие нередко воспринимают ее скептически, подозревая, что за этим кроются какие-то местные шуточки. Однако набеги груниона вполне реальны. Пожалуй, не часто встречается в природе более яркая демонстрация ритмической активности организмов.

Теплыми летними вечерами на пляжах Южной Калифорнии тысячи людей ожидают появления рыбки атерины-груниона. Это случается обычно на следующий день после полнолуния. Туфли и чулки валяются на песке, брюки и юбки подвернуты повыше. У каждого в руках банка, мешок или сумка, куда можно было бы собирать рыбу, поскольку по закону ловить ее разрешается только голыми руками.

Бурлящие волны самого высокого в этом месяце прилива несутся к берегу. Через пятнадцать минут начнется набег груниона. Первые же волны прилива приносят на своих гребнях тысячи тысяч серебристых рыбок, которые устремляются на влажный песок пляжа. Кажется, что пляж покрыт серебристым металлом. Начался цикл размножения.

Самка американской атерины-груниона размером с кисть руки. Как бы танцуя на хвосте, она наполовину закапывается во влажный песок и, интенсивно раскачиваясь, откладывает в него икру (на глубину около 8 сантиметров). В это время самец, извиваясь, описывает вокруг раскачивающейся самки грациозную дугу. Ему достаточно нескольких секунд для оплодотворения икры, после чего он скользит назад к набегающим волнам. Измученная самка стремится высвободиться из песка и, наконец вырвавшись, тоже устремляется к воде и исчезает в бурлящих волнах. Мокрый песок соскальзывает в оставленное ею отверстие и скрывает оплодотворенную икру.

Тем временем охотники за грунионом пригоршнями собирают трепещущую рыбу, наполняя ею свои банки и мешки. Дети с восторженными криками бросаются на песок и, извиваясь подобно рыбам, преследуют добычу.

Только что выловленный из океана и поджаренный тут же на костре хрустящий грунион — изысканное лакомство. Говорят, что на голодный желудок можно съесть до 20 рыбешек. После приятной трапезы обычно обсуждают точность предсказаний и строят прогнозы, повторится ли набег назавтра или только через пятнадцать дней. На пляж спускается ночная прохлада, гаснут костры, рыбаки расходятся по домам.

Грунион выбирает для своей свадебной ночи такое время, когда условия для выживания его потомства оказываются наилучшими. Самые высокие приливы совпадают с полнолунием и новолунием. Грунион выбирает ночи, следующие за самым высоким приливом, когда тот снизится всего на несколько сантиметров. Икринки, заботливо отложенные в песок выше линии прилива, созревают и будут готовы к вылуплению через пятнадцать дней, то есть к следующему высокому приливу. В пенящихся волнах этого следующего прилива, размывающего песок, крохотные рыбешки выбираются из оранжевых икринок-скорлупок, чтобы присоединиться в океане к своим сородичам.

Таким образом, время выхода груниона на берег для нереста можно легко предсказать. Гораздо труднее определить, каким образом рыбки столь точно «знают», когда именно наступит наиболее благоприятный момент для продолжения их рода. Ученые выдвинули два совершенно разных объяснения механизма этих ритмов, зависящих от фаз Луны. В первом случае предполагается, что механизм ритмов связан также и с суточными ритмами, а во втором — с чувствительностью рыбки к изменениям характера или интенсивности падающего на нее света.

Чтобы разобраться в этих двух точках зрения, нам следует рассмотреть экспериментальные работы по изучению действия света на суточные ритмы и ритмы иной продолжительности. Э. Бюннинг, с трудами которого мы более детально познакомимся несколько позже, отмечал, что лунные или полулунные ритмы на первый взгляд как бы не имеют отношения к суточным ритмам; однако существуют доказательства того, что они усиливаются суточными ритмами, возникающими в организме. Согласно другой гипотезе, именно лунный свет стимулирует половую активность морских животных. Пики набегов груниона действительно совпадают с полнолунием. Но вот червь Odontosyllis, свечение которого, возможно, видел Колумб, активен перед восходом Луны, так что объяснить его активность непосредственным воздействием лунного света нельзя. Более того, даже в полнолуние интенсивность лунного света достигает всего лишь одной полумиллионной интенсивности солнечного света. Поэтому Клаудсли-Томпсон выражает сомнение в том, что подобная интенсивность освещения может влиять на лунные циклы размножения. Однако ряд проведенных экспериментов обнаруживает важность общего времени освещения. Ниже мы остановимся на этих работах подробнее, а сейчас познакомимся с некоторыми давними наблюдениями, которые производились в необычных ситуациях, например во время солнечных затмений, и были связаны с изменением интенсивности освещения.

Английский хирург Джордж Ньюпорт, состоявший членом Лондонского энтомологического общества, провел наблюдение над двумя пчелиными семьями во время солнечного затмения, которое наблюдалось в Англии 15 мая 1836 года. Полагая, что такое наблюдение может представить некоторый научный интерес, он послал свои записи в Philosophical Transactions.

Ниже приведен один из протоколов Ньюпорта.

13.30 — Вокруг ульев большое скопление пчел. Они громко гудят.

14.00 — Началось затмение, снаружи улья много трутней, пчелы сильно возбуждены, летают вокруг ульев.

14.15 — Солнце заметно померкло, пчелы торопятся домой. Вылетают очень редко.

14.30 — Солнечный свет продолжает меркнуть. Вылетают лишь отдельные пчелы.

14.45 — Пчелы быстро слетаются в улей. Несколько трутней все еще вне его.

15.00 — Интенсивность света сильно уменьшилась. Вылетел Geotrupes stercorarius (жук-навозник, летающий в сумерках).

15.15 — Стало еще темнее, в ульях тихо, как вечером, ни одна из пчел не покидает улья. Поют петухи, находящийся неподалеку городок подернут туманом; подул прохладный ветер, небо очень чистое.

15.20 — Затмение прошло свой максимум; еще две пчелы вернулись в улей.

15.30 — Света стало больше, пчелы толпятся у летка, начинают вылетать.

15.45 — Света заметно прибавилось, пчелы покидают ульи.

15.50 — Свет значительно усилился, пчелы продолжают вылетать.

16.00 —Стало светло; одна пчела вернулась с обножкой.

16.20 — Затмение почти закончилось. Но из улья № 1 вылетело всего несколько пчел.

16.30 — Пчелы вылетели из улья № 2; затмение закончилось.

17.00 — Пчелы вылетели из обоих ульев. Небо чистое, погода прекрасная.

Хотя эти наблюдения были сделаны почти полтораста лет назад, но и они убедительно доказали, что при уменьшении интенсивности освещения активность некоторых животных резко изменяется, даже если такое снижение освещенности наблюдается в необычное время дня. Это дает основание предполагать, что путем изменения условий чередования света и темноты «стрелки» временного механизма могут быть переведены. Далее мы увидим, насколько важным оказался этот вывод для последующих исследований проблемы живых часов.

Спустя столетие после Ньюпорта японский биолог Сюити Мори тщательно изучил поведение ряда животных во время солнечного затмения, которое наблюдалось на Хоккайдо 19 июня 1936 года. Безусловно, к тому времени и научные представления, на основе которых Мори планировал свою работу, и методы, которыми он пользовался, были уже более точными и надежными, чем во времена Ньюпорта.

Для своего эксперимента Мори избрал мух рода Protofucellia, поскольку они обычно активны только в светлое время суток. Эксперимент отличался необыкновенной простотой. Протухшие рыбьи внутренности в консервной банке и липкая лента шириной в четыре и длиной в тридцать пять сантиметров, на которую садились мухи, привлеченные запахом внутренностей, — вот все, что требовалось для эксперимента. Оставалось только считать пойманных мух.