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.

---

Сванте Аррениус, изучив периодические изменения в частоте приступов бронхита и эпилепсии, заключил, что эта изменчивость может быть вызвана колебаниями электрического заряда атмосферы. Но и из этого не последовало никаких выводов, пока Фрэнк Браун не воспользовался этим фактом, чтобы обосновать свою теорию о влиянии слабых проникающих сил окружающей среды на живые часы. И как мы уже видели, большинство биологов не согласились с Брауном.

Дженит Харкер, пересадив тараканам часы, работающие не в фазе с их собственными, обнаружила, что у насекомых развиваются опухоли и животные погибают. Франц Халберг и его сотрудники уже многие годы придерживаются той рабочей гипотезы, что нарушения ритмики организма тесно связаны с развитием злокачественных новообразований. Сочетание этих двух направлений в исследованиях должно, по-видимому, привести к появлению новых плодотворных идей и гипотез. Но они до сих пор не появились. Например, исключительно интересно знать, повышается ли чувствительность нормальных клеток к действию вируса во время определенных фаз их циркадного ритма и, если это так, к чему могут привести исследования в этом направлении.

Колин Питтендрай не раз предупреждал фармакологов о том, что вводить лекарства в организм больного человека нужно всегда с учетом времени суток. Это подтверждается обычным наблюдением за реакцией организма на инсулин. Больные диабетом считают, что их восприимчивость к инсулину повышается ночью, когда введение всего лишь двенадцати единиц может привести к нежелательным реакциям; в течение же дня переносимая доза препарата во много раз больше. Такая повышенная чувствительность организма к лекарствам ночью может быть связана с меньшим потреблением пищи в это время суток. Но так или иначе, это изменение чувствительности человека к лекарствам в течение суток необходимо учитывать. Очень скоро на пузырьках с микстурой, вероятно, появятся предупредительные надписи вроде: «Не принимать между 10 часами вечера и 8 часами утра»[21].

Список заболеваний, которые носят циклический характер, может быть бесконечно большим. Психолог Курт Рихтер за многие десятилетия своих исследований, начатых им еще в 1919 году, собрал клинические данные более чем о тысяче пациентов, страдающих различными периодическими заболеваниями.

Среди органов, которые, по его данным, поражались этими заболеваниями, были суставы, костный мозг, лимфатические узлы, желудок и двенадцатиперстная кишка, брюшина, слюнные железы, потовые железы, почки, глаза, кожа и мозг. Циклический характер носят и такие патологические симптомы, как просто отек и боль, и такие заболевания, как пептическая язва, мигрень и эпилепсия.

Говоря о сложности диагностирования подобных заболеваний, Рихтер заметил, что большинство их вначале не выглядят периодическими, а приобретают такой характер только спустя несколько месяцев и даже лет; поэтому «врачи легко могут просмотреть их начало».

В 1927 году молодой шведский медик Эрик Форсгрен обнаружил, что наиболее важные составляющие элементы кроличьей желчи могут осаждаться хлористым барием. Так появился метод для измерения количества желчи в печени кролика. Эксперимент показал, что количество выделяемой желчи меняется во времени и находится в обратной зависимости от количества запасаемого печенью гликогена. «В клетках печени в нормальном состоянии количества желчи и гликогена обратно пропорциональны, — писал он. — Когда клетка печени содержит много составляющих желчи, гликоген присутствует в небольших количествах, и наоборот. Таким образом, функционирование печени имеет периодический характер, образование желчи в ней чередуется с образованием гликогена».

Менее чем через два года после этого другой шведский медик, Якоб Мёллерстрём, обнаружил, что в скорости оседания эритроцитов также наблюдаются большие периодические изменения. Этот метод лабораторного анализа крови в настоящее время широко используется при диагностике хронических и острых инфекционных заболеваний. Так, например, в случае рака печени скорость оседания эритроцитов увеличивалась в 150 раз всего за сутки. Такие изменения он назвал «взрывоподобными» и подчеркнул опасность постановки диагноза на основании только однократного анализа. Кроме того, он заметил, что «скорость оседания эритроцитов представляет большой интерес для дальнейшего изучения скрытых биологических реакций, лежащих в основе этого явления».

Эти два открытия подогрели интерес к биологическим ритмам среди медиков, что вызвало резкий подъем исследований в смежных областях и создание в 1937 году Международного общества по изучению биологических ритмов человека.

Предстояло выполнить гигантскую задачу — просмотреть и классифицировать результаты многочисленных экспериментов. К концу 1964 года этот труд был завершен Арне Соллбергером, секретарем Общества. Его книга служит отличным справочным пособием для исследователей, работающих во многих смежных областях.

Найдется ли среди современных биологов и медиков ученый, который сумеет воспользоваться всеми этими данными? И как скоро можно ожидать желанных успехов в теории живых часов? Надеемся, что в недалеком будущем ученые ответят и на этот вопрос.

21. Обзор достигнутого и перспективы

Итак, мы постарались взглянуть на проблему живых часов с разных точек зрения: исторической — от самого первого наблюдения над живыми часами в 1729 году до сегодняшнего дня; генетической — от простого одноклеточного организма до такого сложного и высокоорганизованного, как человек; географической — от Скандинавского полуострова до Южного полюса и от берегов Атлантического океана до Тихого. Перед нами предстало множество согласующихся и противоречащих друг другу теорий и идей, мы встретились с самыми разными учеными.

Попробуем подвести некоторый итог, с тем чтобы выявить основные взаимосвязи и представить себе перспективу развития новой области знаний. Сделаем это с помощью Колина Питтендрая, профессора биологии Стэнфордского университета.

Когда Питтендрай занимался исследованием природных условий существования очагов малярии, его внимание привлекла цикличность в поведении комаров и возбудителей малярии, а затем и проблема биологических часов в целом.

Но поскольку комар неудобен для лабораторных исследований, Питтендрай остановил свой выбор на дрозофиле. В качестве «стрелок биологических часов» он избрал время выхода взрослых особей из куколок. Результаты своих многочисленных экспериментов Питтендрай опубликовал в 1954 году; его статья произвела очень большое впечатление на биологов. Б. Суини и Дж. Гастингс так охарактеризовали его работу:

В начале пятидесятых годов стало ясно, что постоянство периода биологических ритмов при различных температурах имеет огромное значение… Но более убедительно гипотеза о биологических часах, определяющих устойчивые суточные ритмы, была сформулирована в изящной работе Питтен-драя на дрозофиле. В его статье проблема температурной независимости была впервые рассмотрена достаточно полно и заняла то место, которое мы отводим ей сейчас. После этого быстро распространился взгляд, что ритмы отражают деятельность механизма измерения времени, для которой независимость от температуры имеет принципиальное значение.

Мы не можем сказать, что эти вопросы ранее не рассматривались и не были оценены по достоинству. Конечно, их важность была понятна. Но усилия исследователей были направлены в другую сторону.

В 1965 году на симпозиуме, который проходил в Клаудкрофте (штат Нью-Мексико) и отличался от предыдущих тем, что охватывал широкий круг вопросов, Питтендрай сделал доклад о биологических часах. Последовавшая за ним дискуссия продолжалась почти четыре часа. Поскольку этот доклад насыщен большим количеством специальной терминологии, мало понятной широкому читателю, мы дадим его сокращенное изложение.

Биологические часы. Прошлые и современные представления о функционировании циркадных ритмов

Феномен де Мэрана

Бюннинг обратил внимание на короткую запись одного наблюдения, сделанного в 1729 году французским астрономом де Мэраном, заинтересовавшимся суточными движениями листьев некоторых растений. Полагая, что объяснение этому явлению каким-то образом связано с окружающими условиями, он перенес чувствительное растение в темное помещение, куда не проникали суточные изменения освещенности и температуры. К своему удивлению, де Мэран обнаружил, что и в этих условиях, казалось бы совершенно лишенных каких-либо периодических изменений, суточная периодичность движения листьев устойчиво сохранялась. Понимая важность этого открытия, де Мэран рассказал о нем ботаникам, но при этом выразил сомнение в скором развитии исследований в этой области, так как не представлял себе экспериментальных подходов к изучению столь удивительного открытия.