Чего не знает современная наука - Сборник статей

Магия синего и небесно-голубого цвета действует и на нас. Чтобы сосредоточиться, поразмышлять о чем-то важном, отойти от суеты окружающего мира, иногда достаточно устремить взгляд в небеса или в морские дали, а иногда даже просто посмотреть на стену, окрашенную синим, а может, вспомнить строки Н. Бараташвили и позволить нашей душе отправиться в путешествие-воспоминание:

Цвет небесный, синий цветПолюбил я с малых лет.С детства он мне означалСиневу иных начал…

Конечно, пока еще язык цвета звучит для нас как иностранный, и многое скрыто от нашего понимания. Но все же люди, постоянно возвращаясь к традициям древних времен, рано или поздно научатся сочетать цвета так, что они зазвучат, как голоса в хоре, складываясь в прекрасную мелодию.

Алексей Чуличков, д-р физ. – мат. наук, МГУ

Зачем человеку часы?

О каких часах пойдет речь? О неизменных спутниках цивилизации, со стрелками и светящимся циферблатом? Да, о них. Но не только. Ведь не так давно подобные часы были роскошью, а когда-то их и не было вовсе. Но значит ли это, что люди далеких эпох не измеряли время, не отслеживали начало и конец событий и явлений? Конечно, нет. Ведь и тогда, и сейчас существовали иные часы – собственные внутренние (или биологические) и природные внешние (гео– и гелиофизические). Вот обо всех этих часах мы сегодня и поговорим.

Часы. И естественные, присущие всем живым существам, и искусственно созданные, они служат одним и тем же целям. Каким? Ф. Браун, исходя из этимологии слова (англ. clock от лат. clocca или старофр. cloque «звонок»), рассматривает часы как «прибор, отмечающий определенные моменты и периоды солнечных суток». Когда и зачем нужен нам этот «звонок»? Вспомним отпуск, отдых на природе, вдали от суеты городов. Здесь (в идеале, конечно) мы можем уловить собственный внутренний ритм и жить по биологическим часам, в гармонии с Природой и с самими собой. Есть – когда почувствуем голод, ложиться спать – когда устали, просыпаться естественным образом. Но «все хорошее быстро кончается», и вот мы снова оказываемся вовлеченными в череду городских будней. И встаем утром не по внутренним часам, а по приказу будильника, и едим не тогда, когда действительно голодны, а когда выдалась свободная минутка или доступен буфет… И постоянно смотрим на часы – чтобы не опоздать, не пропустить, не забыть… Иными словами, часы-«звонок» служат для нас сигналом, согласующим наши внутренние ритмы, наши потребности с ритмами и потребностями других людей и общества в целом. Сигналом, помогающим нам предвидеть те или иные события, а значит, и подготовиться к ним. Сигналом, постоянно напоминающим нам о том, что мы не одни, что мы сопричастны Природе и обществу.

Такой живой организм, как растение, животное и человек, – очень интересный объект исследования в рамках вопроса взаимоотношения части и целого. Ибо он одновременно является и тем, и другим: целым по отношению к клеткам и органам, его составляющим, и частью популяции, общества, Природы, Земли и т. д. Как же происходит объединение частей в составе целого? Какого рода взаимодействия за это отвечают? Объединение – один из фундаментальных законов развития. Развития, которое и на субатомном уровне, и на уровне движения планет и звезд происходит по закону ритмов и циклов. Таким образом, мы получаем ритмическое взаимодействие, проявлениями которого в мире живого занимается наука хронобиология.

Структурные и функциональные единицы в составе целого, будь то клетки в организме или организмы в биосфере Земли, взаимодействуют как друг с другом, так и с самим целым. Что же является в этом случае представителем целого? Центр. В организме животного или человека роль центрального пульта регуляции выполняет центральная нервная система. А для всех обитателей Земли таким центром – и физическим, и энергетическим, и сакральным – является Солнце. В отношении всех циклических процессов, происходящих на нашей планете, Солнце – главный ритмоводитель. Мы все живем в ритме гигантских солнечных часов. Вращение Земли вокруг своей оси дает нам суточный ритм, а вращение Земли вокруг Солнца – сезонный или годовой. Суточный и годовой – два основных внешних астрономических ритма, которые задают и определяют ход наших часов.

Но если есть ритмы внешние, то что же тогда является ритмами внутренними? Внутренние ритмы – это собственные, присущие организму, генетически запрограммированные ритмы (биологические часы). Их существование и у отдельной клетки, и у целого организма считается уже доказанным. И эти собственные ритмы близки по периоду к ритмам внешним. Так, в организмах обнаружены околосуточные (циркадианные) ритмы. Только для человека их известно более трехсот. Для клеток – это ритмы их деления; для растений – ритмы фотосинтеза, раскрытия и закрытия цветов; для животных – ритмы дневной или ночной активности; для человека – ритмы сна/бодрствования, колебания температуры, артериального давления, уровня гормонов, чувствительности к боли и т. д. И эти ритмы в условиях постоянных, изолированных от внешних воздействий (по крайней мере, колебаний освещенности и температуры) демонстрировали строгий цикл с периодом 22–26 часов.

Но это в эксперименте. А в жизни организмы никогда не находятся в изоляции от внешних ритмов. И именно взаимодействие с этими ритмами является одним из необходимых условий существования живых организмов. Почему? Во-первых, период собственных ритмов не строго 24-часовой, а несколько иной. Если бы не было постоянной сонастройки с земными сутками, то происходило бы опережение или отставание, наступала бы рассогласованность, несовпадение по фазе той или иной активности организма с наиболее благоприятным для ее проявления состоянием внешней среды. Оказывается, подобная ситуация характерна для половины слепых людей. Независимость от внешнего времени собственных часов таких людей приводит к периодической бессоннице по ночам и сонливости в дневное время суток. Собственный ритм сна/ бодрствования характерен и для новорожденных. Для людей с нормальным зрением такие случаи – исключение. Но в условиях вечной тишины подземной пещеры внутренние часы возвращаются к своему индивидуальному ритму. Это подтвердили многочисленные эксперименты.

Итак, во-первых, без взаимодействия собственных часов организма с внешними ритмами происходит рассинхронизация с точным периодом вращения Земли. Во-вторых, может произойти и рассогласование в работе различных органов в составе одного организма. Например, в эксперименте растение, цветки которого синхронно раскрываются утром и закрываются с наступлением сумерек, помещали в полную темноту и в течение нескольких недель наблюдали сохранение суточной ритмичности. Но потом наступала рассинхронизация: цветки распускались вразнобой. Устранить подобные нарушения оказалось довольно просто – растение возвращали в условия естественной освещенности, и синхронизация ритмов отдельных цветков восстанавливалась. И, наконец, в-третьих, взаимодействие биологических часов с астрономическими ритмами иногда необходимо собственно для «завода» этих часов. Так происходит с плодовыми мушками дрозофилами. Цикл развития этих излюбленных объектов экспериментатора таков: личинка – куколка – взрослая особь. Если куколки содержать в полной темноте, то вылупление мушек происходит произвольно, равномерно распределяясь во времени. Но если эти куколки хотя бы однократно осветить, то картина меняется. Световой сигнал запускает «часы» в каждой куколке, и вылупление становится синхронным и строго периодичным, приуроченным к предрассветному времени суток.

Итог: взаимодействие собственных ритмов организма с внешними астрономическими ритмами выражается в их согласовании, сонастройке, синхронизации. Для этого необходим стимул – сигнал, мощный и строго периодический. Сигнал, однократно запускающий механизм биологических часов и потом регулярно подстраивающий эти часы в унисон с ритмичными изменениями внешней среды. Необходим импульс начала и периодического возобновления каждого нового цикла (суточного, например) в жизни организма (будь то клетка, растение, животное или человек). Что же это за сигнал, как, когда и с какой периодичностью он действует? Об этом сигнале мы уже немного упоминали выше, при описании условий экспериментов. Это солнечный свет. Существуют и другие типы сигналов (например, температура), но подавляющее большинство живых существ приспособились к тому событию, которое надежнее всего повторяется, – к чередованию дня и ночи. Как действует сигнал? Предполагается, что он вызывает подстройку фазы биологических часов путем ее сдвига в новое положение. При этом внутренние часы немного отстают или, наоборот, немного уходят вперед. Этот процесс называется захватывание ритма, подобно тому как (по словам А. Уинфри, известного исследователя механизма работы биологических часов) «танцора захватывает ритмичная музыка». Когда действует сигнал-синхронизатор? Для суточных ритмов – ежедневно на восходе Солнца, для ритмов сезонных – ежегодно весной (может быть, в день весеннего равноденствия?).