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.

---

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.

Широко известны капитальные работы по экологической физиологии ритмов, проведенные под руководством А. Д. Слонима. В несколько ином плане решался вопрос о ритмах Н. И. Калабуховым. Совсем другой аспект биоритмологии — ритмические колебания иа молекулярном уровне и другие физико-химические процессы, вероятно, лежащие в основе измерения времени, — разрабатывается С. Э. Шнолем, Е. Е. Сельковым и другими.

Нельзя не упомянуть авторов книг по биоритмологии А. М. Эмме, Н. А. Агаджаняна, А. П. и П. П. Голиковых. Проблему временной организации системы репродукции клеток исследует Ю. А. Романов. Ритмами митозов, а также физиолого-экологическими аспектами ритмов различных позвоночных животных занимаются В. Н. Доброхотов, Г. В. Кузнецов и Е. В. Кузнецов. Очень интересные исследования по регуляции ритмов клеток-меланофоров проводились на кафедре эмбриологии МГУ В. А. и И. Ф. Голиченковыми. Выполнены серии работ по физиологическим ритмам у растений группами профессора Б. А. Рубина (МГУ) и профессора И. И. Гунара (Тимирязевская сельскохозяйственная академия).

Трудно перечислить всех советских исследователей, изучающих те или иные проблемы биоритмологии. Немало сделали и энтомологи. Насекомые — вообще благодатнейший объект для изучения ритмов. Крупнейший вклад в изучение фотопериодизма у насекомых внес известный ленинградский энтомолог А. С. Данилевский. В настоящее время это направление, обогащенное исследованиями по регуляции суточных ритмов, успешно развивается группами В. П. Тыщенко и Н. И. Горышина. Вопросами физиологических ритмов насекомых (и суточных, и сезонных) занимается лаборатория Р. С. Ушатииской.

Наша группа, работающая в МГУ, изучает регуляцию ритмов внешними условиями, а также причины циркадного отклонения периода ритма в постоянных условиях.

Такой интерес к биологическим ритмам связан не только с большим общебиологическим значением проблемы.

Искусственный фотопериод оказался могучим средством, позволяющим добиваться массового цветения и плодоношения растений, высокой плодовитости животных. Используя фотопериодическую реакцию насекомых, можно вести борьбу с вредителями сельскохозяйственных культур. Другой практический аспект связан с давно известным фактом, что физиологическое состояние любого организма ритмически изменяется. Любой лекарственный препарат, любой яд, любая радиация будут по-разному влиять на организм в зависимости от времени суток, времени года и, возможно, лунного месяца.

В наш век высоких скоростей, когда люди быстро перемещаются на большие расстояния, возникают состояния, которых раньше не знали. Дипломат, инженер, врач, ученый, спортсмен, перелетевший из одного часового пояса в другой, в первые дни оказывается неспособным работать с полной отдачей сил. Не так-то легко и безболезненно перевести биологические часы с одного времени на другое.

И наконец, регуляция биологических ритмов наряду с влиянием невесомости — одна из основных проблем в исследовании и освоении космоса. В самом деле, все живые организмы — это неотъемлемая часть биосферы. Мы уже говорили о том, что происходит с человеком при перелете из одного часового пояса в другой. При подобных нарушениях ритмики пропадает согласованность физиологических функций, развивается так называемый десинхроноз. Пример последствий такого экспериментального десинхроноза приводится в книге — опухоли, возникающие в кишечнике таракана.

Что произойдет с живыми организмами при длительном полете в открытом космосе, где они будут полностью изолированы от всех ритмов биосферы? А если они попадут на другие небесные тела с их совершенно иными, непохожими на земные ритмами? Какой надо создать комплекс условий, чтобы в отрыве от Земли земные организмы могли нормально жить, развиваться и размножаться?

Ответ на эти вопросы дадут будущие исследования. Но и сейчас уже совершенно ясно, что освоение человеком космоса вызовет бурное развитие биоритмологии.

Примечания

[1] Название «гелиотроп» происходит от латинских слов, означающих «поворачивающийся к солнцу». Мы не знаем, какие виды гелиотропов имел в виду де Мэран, поскольку первая разумная система классификации растений была опубликована Линнеем только в 1735 году. До этого живые организмы именовались просто как «рыбы, птицы, звери, деревья, травы и кустарники».