Изот Литинецкий - Беседы о бионике

У ученых даже сложилась здесь специальная терминология. Для краткости условия непрерывного освещения обозначают СС (свет, свет), непрерывной темноты — ТТ, а циклы, состоящие в чередовании фаз света и темноты, — СТ. Например, суточный ритм, состоящий из 12 час света и 12 час темноты, по этой системе будет обозначаться 12С — 12Т.

Биологические часы были бы совершенно непрактичны, если бы их нельзя было переводить назад и вперед.

Опыты показали, что если держать животное, активное при свете, в полной темноте, то обычно через несколько дней суточный цикл его жизнедеятельности пропадает, но его можно опять полностью восстановить, воздействуя на животное светом. Так, у мушки дрозофилы суточный цикл восстанавливается вспышкой света продолжительностью всего 0,005 сек! А чтобы "пустить" в ход "часовой механизм" фасоли, выросшей при непрерывном освещении, — заставить, например, подниматься и опускаться ее листья, — надо подержать фасоль не менее 9 — 10 час в темноте. Причем если это количество часов темноты будет дано с перерывами, то биологические часы фасоли ни за что не заведутся. Однако если фасоль выросла в непрерывной темноте, то описанный ритм возникнет после самого кратковременного ее освещения.

В случае же изменения длительности циклов света и темноты организм непременно приспосабливается и к ним. Весьма показателен в этом отношении эксперимент, проведенный немецким ученым М. Линдауэром. Он привез с Цейлона в Мюнхен индийских пчел. Так как длительность дня и ночи тропического и умеренного поясов не совпадают, вполне естественно было бы ожидать, что пчелы, биологические часы которых идут по тропическому времени, в условиях континентальной Европы будут полностью дезориентированы. Так оно и случилось. Но прошло всего лишь шесть недель, и все вошло в норму: пчелы перестроили ход своих "часов" на европейский лад, а потом и совсем европеизировались, превосходно приспособившись к новым условиям.

Американский ученый Хампер из Калифорнийского университета исследовал, как влияет нарушение циркадного ритма на развитие растений. Опыт проводился с соевым деревом. Когда Хампер создавал дереву "ночь" длительностью 16 час и "день" — 8 час, оно цвело так же, как и в естественных условиях. Но стоило только продлить "ночь" до 24 час, а "день" оставить прежним — дерево переставало цвести. Однако при этом обнаружилась и интересная закономерность: если полный цикл СТ был кратен 24 час, например, "ночь" составляла 64 час, а "день" — 8 час, цветение наступало, как обычно.

Любопытные наблюдения провели китайские ученые. С 11 до 13 час плодовые деревья закрывали от дневного света. Оказалось, что этот своеобразный "мертвый час" пошел деревьям на пользу. Яблоки наливались и созревали в три раза быстрее и были больше обычных яблок подобного сорта!

И, наконец, советские ученые И. Е. Лобашев и В. Б. Савватеев провели множество опытов с курами. Цыплят с первого дня жизни содержали при ритме 8С — 4Т, т. е. 8 час света, 4 час темноты. Ночь каждые сутки для них наступала с 12 до 16 и с 24 до 4 час. Птицы вскоре приспособились к этим условиям. После кормления они засыпали в середине "дневной ночи", и в конце ее петухи даже пели по нескольку раз, а в 16 час куры отряхивались и чистили перья. В то время как контрольные куры начинали готовиться ко сну, садились на насесты, подопытные разгуливали и в сумерках, разыскивая в траве корм.

Теперь расскажем, как влияет на работу биологических часов температура. Оказывается охлаждение организма до 0° и ниже влечет за собой остановку биологических часов! Но стоит животное отогреть, повысить его температуру до нормальной, и "часы" снова начинают идти. И самым любопытным при этом оказалось то, что, подобно обычным часам, которые некоторое время стояли, а затем были пущены в ход без перевода стрелок, биологические часы животных в этом случае будут "отставать" ровно настолько, сколько они находились в покое при 0°, и все ритмические циклы при этом соответственно сдвинутся. Так, если пчел подержать в холодильнике, они опаздывают к кормушке. Однако если тех же пчел подержать некоторое время при необычно высокой температуре, то они раньше положенного появятся у кормушки. Между тем "часы" идут достаточно стабильно в том широком диапазоне температур, при котором обычно протекает жизнь пчел. Это и понятно. От биологических часов не было бы большой пользы, если бы в теплые дни они шли намного быстрее, чем в холодные. В этом нет ничего удивительного, например, когда речь идет о млекопитающих, у которых температура тела колеблется от 35 до 40° и регулируется самим организмом. Но и у других живых существ — рыб, лягушек и змей, температура тела которых, как известно, больше зависит от температуры окружающей среды, — биологические часы в этом случае не ускоряют и не замедляют своего хода!

Б. Суини и Д. Гастингс провели серии опытов, выясняющих, влияют ли изменения температуры на ход биологических часов у водоросли Gonyaulax. Длительность свечения этого микроскопического растения измерялась при непрерывном освещении и различных температурах. Оказалось, что изменения температуры вызывают небольшие, но определенные изменения длительности цикла свечения у этой водоросли.

Однако, несмотря на обилие фактов, так или иначе связанных с физиологическими ритмами, сам механизм биологических часов для ученых продолжает все же оставаться загадкой. Тем не менее ученые при этом высказывают предположение, что биологические часы, по-видимому, связаны с каким-то внутриклеточным обменом веществ. Правда, как оказалось, с повышением температуры скорость внутриклеточных реакций возрастает, но ведь темп хода биологических часов меняется при этом незначительно.

А можно ли повлиять на "ход" биологических процессов химическими веществами? Оказывается, можно. Так, яды, угнетающие обмен веществ, снижают и амплитуду циклических колебаний. Например, под влиянием спирта удлинение периода достигает иногда 5 час. Папаверин и наркотин несколько удлиняют периоды биоритмов. Однако биологические часы при этом совсем не останавливаются. Так, было доказано, что они продолжают идти даже у наркотизированных пчел.

Долгое время ученых интересовало, чувствуют ли организмы вращение Земли? Не связан ли циркадный ритм с суточными изменениями давления воздуха, космического излучения и ионизации воздуха? Это можно было бы выяснить, найдя место, где эти факторы не меняются. И поэтому доктор Хампер решил проводить свои эксперименты на Южном полюсе. Кабину с животными и растениями поместили на платформу, вращение которой в одних экспериментах компенсировало вращение Земли, в других — усиливало его, а в третьих — замедляло. И вот, несмотря на то, что испытуемые животные и растения находились в полной темноте, циркадный ритм сохранился и биологические часы продолжали идти нормально. По-видимому, это означает только то, что циркадный ритм является эндогенным и, в частности, не зависит от вращения Земли.