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.

---

Общеизвестно, что наиболее чувствительные из гелиотропов поворачивают свои листья и стебли в направлении максимальной интенсивности освещения[1]. Это свойство присуще и многим другим растениям, однако гелиотроп обладает особой чувствительностью к солнечному свету (или времени дня): его листья и стебли с заходом солнца опускаются; то же самое происходит с растением, если к нему прикоснуться или встряхнуть.

Однако де Мэран обратил внимание на то, что растение ведет себя подобным образом и в случае, если оно находится не на открытом воздухе, а постоянно содержится в темном помещении. Растение также раскрывается на день и складывается на ночь. Эксперимент проводился в конце лета. Чувствительное растение реагировало на положение солнца, даже будучи совершенно изолированным от него.

Рис. 6. Растение, наблюдавшееся де Мэраном, «просыпалось» с рассветом, даже если содержалось в полной темноте. Крупным планом показано положение листьев «спящего» растения.

В заключение своего письма Маршан призывал ботаников и врачей исследовать это явление, заметив, однако, что «прогресс настоящей естественной философии, которая связана с экспериментальной работой, может быть удручающе медленным». Но ни ботаники, ни врачи не откликнулись на его призыв. И только через тридцать лет во Франции появился человек, который подтвердил открытие де Мэрана и продолжил его исследования.

В темном сундуке Дюамеля

Этим человеком оказался Генри-Луи Дюамель, который большую часть времени, потраченного на образование, скучал и сокрушался. В первые годы своего пребывания в колледже он менее всего обещал стать тем, кого впоследствии именовали «инспектором Академии наук, членом Лондонского королевского общества, почетным членом академии в Санкт-Петербурге, Стокгольме, Палермо и Падуе, института в Болонье, Королевского общества в Эдинбурге, сельскохозяйственных обществ Парижа и Лейдена и добровольным членом Королевского медицинского общества».

Дюамель родился в Париже в 1700 году. Его предки были родовитыми голландцами, перебравшимися во Францию еще в 1400 году. Хотя Генри-Луи и отличался пытливым складом ума, посещать лекции по естественной истории он начал совершенно случайно и то лишь в конце своего пребывания в колледже. Увлечение естественными науками вспыхнуло в нем совершенно неожиданно. Чтобы отдавать занятиям все свое время, он даже переселился поближе к колледжу.

Но именно тогда, когда юный Дюамель с головой ушел в свое новое увлечение, родители потребовали, чтобы он изучал право. Генри-Луи согласился посещать школу права в Орлеане. На право он потратил ровно столько времени, сколько было необходимо для получения ученой степени, которой он так никогда и не воспользовался. Выполнив свое обязательство перед родителями, Генри-Луи возвращается в Париж, полный планов отдать себя служению науке, сельскому хозяйству и медицине. Он изучает математику, организует химическую лабораторию и планирует многолетние научные исследования в области сельского хозяйства.

Дюамель тщательно исследует заболевания шафрана, повреждения зерновых культур, вызываемые гусеницами пяденицы, и также причины порчи муки во время перевозки и хранения. Чтобы выяснить, можно ли применять истод для лечения плеврита, он выписывает во Францию растения из Виргинии. Ученый активно ратует за сохранение природных богатств; увлекается рыбной ловлей, которую считает занятием «весьма искусным, так как оно основано на хитрости, и самым древним, поскольку оно обеспечивало пропитание».

Вот такой человек заинтересовался вслед за де Мэраном странным поведением гелиотропа. Каким образом осуществляет растение свои ежедневные движения листьев, если оно не может знать времени суток? Не упустил ли де Мэран чего-нибудь в своих наблюдениях? Быть может, его темное помещение было не абсолютно темным? И Дюамель решил повторить эксперимент де Мэрана.

Дюамель отыскал неподалеку старый винный погреб, который не имел даже люка для вентиляции. Попасть в него можно было лишь через другой не менее темный погреб, что обеспечивало надежную защиту от света.

И вот августовским утром 1758 года Дюамель принес колючее растение в столь тщательно выбранное подземелье. Но по дороге он неосторожно тряхнул чувствительное растение, и оно опустило листья, словно его ударили. Досадуя на свою неуклюжесть, Дюамель оставил растение в погребе. На следующее утро, часов около десяти, Дюамель снова был в подвале. При свете свечи он разглядел, что растение проснулось, оно выпрямилось и развернуло листья, и абсолютная темнота подвала не стала тому помехой. Так продолжалось на протяжении многих дней, причем растение просыпалось и засыпало с такой точностью, как будто подвергалось действию лучей восходящего и заходящего солнца.

Но однажды в конце дня, когда листья растения еще оставались развернутыми. Дюамель вынес его из подвала (на этот раз с особой осторожностью). Растение осталось бодрствующим всю ночь! На следующий вечер листья опять поникли и впоследствии вернулись к своему нормальному циклу. После этого Дюамель поместил растение в большой, обшитый кожей сундук, который накрыл сверху несколькими толстыми шерстяными одеялами. Растение все так же поднималось по утрам и поникало к вечеру, как и в эксперименте де Мэрана. При полном отсутствии света оно каким-то образом чувствовало время.

Если ответственным за суточные движения листьев был не свет, то какой же другой сигнал получало растение из окружающей среды? Не связаны ли эти движения листьев с колебаниями температуры? Ведь ночью прохладнее, чем днем. И хотя Дюамель понимал, что температура в винном погребе довольно постоянна, он все же решил выяснить, что будут делать его растения, если он нагреет их заметно выше нормальной температуры. Перенеся в теплицу некоторые из чувствительных растений, Дюамель очень скоро убедился, что не ночная прохлада заставляет листья поникать к вечеру. «…Я видел, как растения опускают свою листву по вечерам даже в теплице, — писал он. — Эти эксперименты позволяют заключить, что движение листьев у растений не зависит ни от света, ни от тепла».

Примерно за двадцать лет до того, как Лавуазье показал, что горение и дыхание — это один и тот же процесс, который идет с разными скоростями, Дюамель продемонстрировал, что живые часы каким-то образом компенсируют колебания температуры, так как в определенных пределах они функционируют независимо от нее. Таким образом, Дюамель предвосхитил предположение, что живой организм воистину располагает хронометром, который не изменяет своего хода в зависимости от показаний термометра.

Часы мимозы Декандоля уходят вперед

Прошло столетие после экспериментов Дюамеля, прежде чем в исследовании суточных движений листьев у растений были достигнуты определенные успехи.

За это время выдающийся шведский натуралист Карл Линней разработал первую разумную систему классификации растений, разделив это царство на классы, порядки, роды и виды. Его «Система природы», впервые опубликованная в 1735 году, выдержала еще при жизни автора несколько изданий. Умер Линней в 1778 году.

В тот же год в Женеве, в Швейцарии, в уважаемой и состоятельной семье Декандолей праздновали рождение сына, которого нарекли Огюстеном и которому было суждено стать одним из самых знаменитых ботаников Европы. Вначале Декандоль занимался вообще естественными науками, но позже особенно глубокий интерес он проявил к ботанике. Декандоль отправляется в Париж, где работает под руководством Ламарка, Кювье и Жоффруа Сент-Илера. В последующее десятилетие он добивается значительных успехов и в 1808 году становится профессором университета в Монпелье. В Женеву он возвращается в сорокалетнем возрасте, уже профессором ботаники и членом университетского совета.

Рис. 7. Цветочные часы Карла Линнея основаны на способности различных цветков открываться и закрываться в определенное время дня.

Большую часть своей жизни Декандоль посвятил разработке естественной системы классификации растений, введя в нее новые по сравнению с системой Линнея принципы разделения растений. Он предложил теорию, согласно которой всей природой управляют четыре главные силы: притяжение, сродство, жизненная сила и чувствительность. Именно эти силы и ответственны за те явления, которые изучают физика, химия, физиология и психология. Среди этих пространных областей наибольший интерес для Декандоля представляла физиология растений. Изучение ее проблем он посвятил большинство своих исследований. К концу жизни ученый написал ставший классическим трехтомный труд «Физиология растений», в котором мы находим описание его собственных исследований суточных движений у растений. Эти исследования добавили многое к тому, что наблюдали де Мэран и Дюамель.