Животные анализируют мир - Юрий Симаков

Как же эти короткие временные ритмы передаются дальше? Где же в биологических часах второе «колесико»? Его уже можно рассмотреть в микроскоп, оно не так мало, как «маятник» живых часов. Роль этого колесика, по-видимому, выполняет ядро клетки. Но у науки пока еще нет ответа, каким образом высокочастотные ритмы молекул-«маятников» переводятся ядром в циркадные, то есть околосуточные ритмы.

Часовым механизмом в ядре служит не генетический материал, а скорее всего ядерная оболочка. Когда исследователи хотели посмотреть, как работают часы у бактерий, они ничего не обнаружили. Никаких циркадных ритмов у бактерий не найдено. Вот тут-то биологи задумались: чем же отличаются бактерии от других организмов? Ответ как бы напрашивался сам собой — у бактерий нет оформленного ядра. Ядерный материал есть, но он не заключен в оболочку. Это, по существу, часы без стрелок.

Много еще в организме есть непонятных колеблющихся систем, о которых почти ничего не известно. Например, нейроны головного мозга окружены звездчатыми клетками, их называют астроглия. Так вот, эти клетки совершают одно колебание в четыре минуты. Зачем такой ритм, что он отмеряет, может быть, это маятник месячных, сезонных или годовых часов? Пока неизвестно.

О сезонных часах мы тоже почти ничего не знаем, кроме того, что они могут включать и выключать на определенный сезон работу отдельных генов. Так, всем хорошо известно, что многие животные впадают в зимнюю спячку. Когда биологи посмотрели, что же происходит в организме спящих животных, то оказалось, что многие функции у них, вплоть до клеточных, выключены. Спит организм, и спят его клетки. Причем как спят! Ничем не разбудить. Вот возьмем, например, лягушку. Каждую зиму она, зарывшись в ил какого-нибудь пруда, переживает тяжелые студеные времена. В это время ее клетки не делятся — они отключены. Проследим это на клетках хрусталика глаза. Переднюю часть линзы глаза покрывает тонкая пленочка, на которой расположен только один слой клеток. Если этот монослой снять, то можно, как в кожице лука, наблюдать за клетками и их делением.

Перейдем к эксперименту. Попробуем разбудить лягушку зимой. Лягушка хочет спать, постоянно опускается в воду. Но мы ее освещаем, переводим в теплое помещение, не даем ей спать. Через некоторое время лягушка просыпается. Сидит, смотрит, даже может тихо квакать, но что происходит с ее клетками? При рассматривании клеток под микроскопом обнаруживаем, что они спят. И будут спать до весны, пока их не включат сезонные часы и они не начнут делиться.

Да что там говорить о животных! Люди, создавшие вокруг себя искусственный микроклимат в зимнее время, не утеряли полностью ни сезонные, ни суточные ритмы. Можно даже сказать — человек находится во власти суточных ритмов. Более сорока физиологических процессов зависит у нас от биологических часов.

На протяжении суток у человека меняется температура. Самым «горячим» он бывает в восемнадцать часов, а самым «холодным» — между четырьмя и пятью часами. Колебания температуры составляют у разных людей от 0,6 до 1,3 X. Примерно в том же ритме меняется у человека частота сердечных сокращений и кровяное давление, но в тринадцать часов и в двадцать один час оно наиболее низкое.

Известно, что анализ крови делают утром. И это потому, что именно в эти часы кровоток наполняется молодыми эритроцитами, в крови максимум гемоглобина и сахара.

Даже физические нагрузки человек по-разному переносит в течение суток. Самым «сильным» человек бывает с восьми часов. И сохраняет физическую активность до двенадцати дня, затем следует перерыв, когда человек как бы слабеет, — с двенадцати до четырнадцати часов, а затем с четырнадцати до семнадцати часов к нему приходит новый прилив сил. Ночью — от двух до пяти часов — человек наиболее «слаб».

Ученым еще много предстоит работать, чтобы познать биологические ритмы у человека и животных, но некоторые уже за-думываются над тем, как их изменить.

Человек учится концентрировать и удлинять биологическое время

У некоторых индийских фокусников есть удивительный номер. Они берут зернышко лимонного дерева, сажают его в землю, и на глазах у изумленной публики вырастает дерево. Затем на дереве появляется зеленый плод, он желтеет. В естественных условиях для этого необходимо несколько лет на сцене происходит за считанные минуты.

Интересно, а нашли ли биологи концентраторы и ингибиторы времени для живых организмов? Ведь пока мы знаем одно — биологические часы очень трудно разладить колебаниями температуры, только сильное охлаждение может их остановить. Успехи управления живыми часами пока невелики. У некоторых животных можно «подвести» стрелки биологических часов. Вспомним таракана, который делает все не так, как ело сородичи, таракана охладили на двенадцать часов, а затем содержали при нормальной температуре. Его живые часы опять пошли, но стали отставать на полсуток, поэтому он ведет себя необычно в тараканьей семье — все делает с опозданием на двенадцать часов. Можно у того же таракана совсем разладить биологические часы. Достаточно его поместить в условия непрерывного освещения, и он забудет о суточной ритмике, хотя внутренние маятники его часов будут работать.

А вот еще интересный опыт. На этот раз с мелкими лабораторными мушками дрозофилами, вернее, с их развитием. Эти мушки из куколок выходят в предутренние часы, так сказать! с появлением первого солнечного луча. Часы своего развития дрозофилы сверяют с солнечными часами. Попробуем теперь поместить дрозофил в полную темноту. Часы, следящие за развитием, разлаживаются. Мухи начинают выходить из куколок в любое время суток. Однако достаточно секундной вспышки света, чтобы развитие синхронизировать. Вспышку света можно уменьшить даже до 0,005 секунды, и все равно синхронизирующее действие прояви ген. после эшго развитие идет синхронно, и выклев мушек из куколок происходит одномоментно.

Только резкое охлаждение — до О °С и ниже — влечет за собой остановку живых часов. Но это только остановка, стоит отогреть организм, как часы снова пойдут и будут отставать ровно на столько часов, на сколько их остановили. У птиц и млекопитающих, имеющих постоянную температуру тела, часы в норме идут почти в одинаковом темпе. А как быть рыбам, лягушкам и ящерицам — ведь у них не постоянная температура тела, а такая, как во внешней среде? Оказывается, и у этих существ, несмотря на резкие колебания температуры тела, часы идут с одинаковой скоростью.

Неужели только резкие охлаждения и вспышки света могут изменить ход биологических часов? Совсем нет. Существует целый ряд химических веществ, способных влиять на ход живых часов. Ученые установили, что вещества, задерживающие образование информационной РНК, например антибиотик актино-мицин-Д, влияют на ритмику фотосинтеза у водорослей. Спирт явно замедляет биологические часы, иногда суточные ритмы под его влиянием сдвигаются на пять часов. Сходно действуют папаверин и наркотин, правда, замедление ритмов от этих веществ не столь велико, как от спирта.

До этого разбирались только возможности остановки биологических часов ‘либо замедление их работы химическими веществами. А делали ли биологи обратный эксперимент — ускоряли биологическое время или концентрировали его? Может быть, сама природа уже поставила такой эксперимент, и существуют организмы, у которых сконцентрировано время?

Вот коловратка, микроскопическое, но многоклеточное существо. Некоторые виды коловраток живут всего одну‘неделю. За эту неделю у них проходит вся жизнь. Коловратка выводится из яйца, растет и старится, к старости у нее ухудшается зрение, на теле появляются морщины, откладывается жир, а быстрое плавание сменяется неторопливым ползанием. Все признаки старения, а ведь вся жизнь прошла за несколько дней. Коловратки микроскопически малы, размером в десятки микронов, но зато у них есть почти все органы, характерные для многоклеточных животных. Правда, каждый орган состоит всего из нескольких клеток. Глаз, например, из двух клеток: одна клетка — хрусталик, другая — сетчатка.

С какой же скоростью протекают жизненные процессы у коловратки — как у человека или в три тысячи раз быстрее? Именно на эту величину и отличается продолжительность жизней. Не исключено, что время у коловратки сконцентрировано по отношению к нам, людям.

Так как же можно сконцентрировать биологическое время, переместиться в микроскопический мир коловратки с его быстротечностью или же во много раз усилить биоритмику, заставить клетки* делиться быстрее обычного, но соблюдать при этом общую организацию организма?

Экспериментатору, какой бы прибор в его руках ни был, надо стремиться как можно меньше вмешиваться в живую систему и вводить в нее те или другие датчики. Если ввести в клетку электрод или просто приложить его к поверхности, то сигналы о биоритмах будут поступать не от нормальной, а от поврежденной клетки. Прав был Мефистофель у Гёте, высказавший мысль о заколдованном круге в изучении живого: