Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Рис. 3. Как на берегу, так и в лаборатории манящие крабы ищут пищу точно в час отлива

Как известно, приливы образуются под влиянием гравитационного притяжения Луны и Солнца. Движение воды определяется к тому же очертаниями материков и начинается обычно с некоторым запозданием — в зависимости от географического местоположения. Поэтому, очевидно, легче составить целый том соответствующих таблиц, чем сконструировать часы, предсказывающие расписание приливов и отливов. А маленький краб имеет эти удивительные солнечно-приливные часы!

Вообще, если внимательно приглядеться к живым организмам от простейшей одноклеточной водоросли до человека, то мы увидим, что измерение времени и "запоминание" тех или иных важнейших периодов и интервалов — также всеобщий закон живой природы.

А как обстоит дело у растений? Чем, например, определяется время их цветения? Каковы часы, по которым они ведут отсчет времени, определяют времена года?

Осень 1967 г. была чрезвычайно теплой. На Кубани она даже напоминала весну. И вот кое-где расцвела уже сирень. Да, да, сирень — осенью. А в одном подмосковном городке прохожие с удивлением останавливались перед яблоней, на ветках которой рядом со зрелыми яблоками распустились нежно-белые цветы. Почему же растения "поверили" погоде? Вот и в 1948 г., когда в Крыму стоял удивительно теплый январь и температура днем переваливала за 20° Ц, зацвел миндаль. Все 400 сортов и 2000 гибридов ботанического сада, полудикие деревья на склоне гор — все "обманулись", зазеленели или начали цвести. А в феврале ударили морозы, и деревья, увы, почти все замерзли.

Советскому ученому Рихтеру удалось раскрыть тайну механизма внутренних биологических часов миндаля. Но сколько еще осталось невыясненного и удивительного в мире физиологических ритмов! Возьмем, например, червя палоло, встречающегося в Тихом океане возле острова Самоа. Как он приспособил свои действия к лунному дню, к лунному месяцу?

Как известно, лунный день длится 24,8 час (от одного восхода Луны до другого), лунный же месяц состоит из 29,5 дня (от одного полнолуния до другого). И вот в октябре и ноябре, когда три четверти Луны освещены Солнцем, во время ночного прилива из коралловых рифов выползают полчища червей палоло. Интересно, что местные жители даже устраивают в это время ночью особые празднества, на которых главным лакомством считается блюдо из червя палоло. Обладают внутренними часами также и устрицы, причем их часы идут по приливному времени. Как рассказывают Л. Дж. Милн и М. Милн, панцирные моллюски, выловленные в бухтах Новой Англии и во влажной упаковке доставленные в лабораторию на Среднем Западе, находясь даже за полторы тысячи миль от океанских приливов, продолжают по ним регулировать свою жизнь, изменяя ширину щели между створками раковины, а вместе с этим и потребление кислорода.

Большую роль играют биологические часы и в способности пернатых ориентироваться в пространстве. Замечено, например, что жаворонки корректируют свой путь, отыскивая север. Ранним утром, сориентировавшись на восходящее на востоке Солнце, они поворачивают влево на 90°. Любопытно, что если жаворонков подержать 12 — 18 дней в помещении, где ежедневно свет включается на 6 час позже, т. е. фактически в полдень, то это оказывается достаточным, чтобы сбить ход их биологических часов. Выпущенные на волю подопытные жаворонки ориентируются теперь на полуденное Солнце и поворачивают от него на 90° влево, как они делали это утром. Но теперь Солнце, естественно, уже стоит не на востоке, а на юге, и вместо севера бедным, вконец запутанным человеком птицам приходится уже лететь на восток!

Итак, как мы убедились, самые разные ритмы — суточные, лунные, приливные и сезонные — присущи всему живому — от червя палоло и деревьев миндаля до газелей и человека.

Как же образуются эти ритмы у человека? Возьмем, к примеру, суточный ритм. Поскольку уже давно было известно, что 24-часовой ритм (температура тела, чередование сна и бодрствования) устанавливается у новорожденных постепенно, логично было бы предположить, что этот ритм возникает в растущем организме только под влиянием окружающих условий. Но есть и другая гипотеза: некоторый внутренний ритм, существовавший в организме еще до рождения, постепенно устанавливается при помощи внешних датчиков времени, синхронизируется с ними. На Международном симпозиуме по биологическим часам в 1960 г. доктор Хельбрюгге сделал сообщение о развитии циркадных ритмов у детей. Оказалось, что их физиологические функции формируют свои суточные ритмы независимо друг от друга и в разное время (рис. 4).

Интересно, развивается ли 24-часовой ритм у людей исключительно под влиянием внешних факторов? Оказывается, что если сравнивать ритмы сна и бодрствования, изменение частоты пульса у недоношенных детей и у детей, родившихся в срок, то у первых суточный режим обеих функций развивается позже. Значит, экзогенные факторы имеют все-таки меньшее значение, в противном случае суточный ритм у родившихся одновременно детей должен был бы и развиваться одновременно.

Вообще исследование природы приспособления живых организмов к окружающей среде обычно сводится к исследованиям трех типов:

Прежде всего выясняются все формы проявления интересующего нас феномена и все его закономерности.

Затем ищут, где же расположен сам "механизм", обусловливающий эти явления в организме.

И, наконец, исследуют природу, т. е. физическую и химическую сущность, изучаемого "механизма".

Мы с вами ознакомились с интереснейшими фактами проявления биологических часов у растений, животных и человека, и теперь, если придерживаться вышеизложенного плана, следует несколько подробнее остановиться на закономерностях функционирования биологических часов, на зависимости их хода от различных факторов.

Можно ли остановить биологические часы и каким образом? Как пустить их в ход? Как заставить их спешить или отставать? Что влияет на ход этих часов: чередование темноты и света, изменение температуры, вращение Земли? Особенно много исследований посвящено проблеме влияния длительности светового дня.

Рис. 4. Развитие суточных ритмов у детей. а) Частота пульса; б) температура тела. Сплошные линии — средние значения показателей физиологических функций, пунктирные — характеристика разброса. Справа у графиков в числителе — число обследованных детей, в знаменателе — суммарное число суток, затраченных на обследование всех детей