Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Таким образом, ритмическая природа свойственна самой жизни.

Выяснение механизма биологических часов, конечно, зависит от прогресса биохимии, биофизики и физиологии. Вероятно, широкое распространение колебательных процессов в клетке и организме требует изменения мышления биологов самых разных специальностей. Член-корреспондент АН СССР А. А. Ляпунов в предисловии к книге А. М. Эмме отмечает, что если сравнительно недавно господствовало мнение об определяющей роли периодических химических реакций в явлении биологических часов, то сейчас создается впечатление, что основную роль в этих явлениях могут играть только некоторые периодические физические процессы. Эта точка зрения была высказана совсем недавно Р. Л. Берг на основе сопоставления данных, приводимых Э. Бюннингом, К. Эретом и Н. Барлоу, А. М. Эмме, и результатов последних экспериментальных работ Н. Б. Христолюбовой. Несомненно одно: на пути изучения механизмов функционирования биологических часов и выявления процессов, играющих при этом управляющую роль, стоит масса интересных вопросов и предстоит еще много увлекательных открытий. Причем внешние явления, выполняющие функцию пусковых механизмов для тех или иных биологических процессов, а также наличие специфических механизмов управления ритмическими процессами представляют большой интерес с биолого-кибернетической точки зрения.

Для того чтобы уметь пользоваться биологическими часами, не обязательно знать, как они работают. Так, врач должен привыкнуть к мысли, что одни и те же терапевтические мероприятия дают различный эффект в зависимости от того, в какое время суток они проводятся, и знать, что результаты клинических анализов тоже зависят от времени.

Биологические ритмы, бесспорно, должны учитываться и в физиологии труда в связи с изучением явлений утомления и переутомления, что позволит повышать работоспособность человека. Исследованиями установлено, что частые и короткие паузы в работе дают больший эффект, чем редкие и длинные. Интересно знать также, как влияет на здоровье скользящий график бодрствования при работе в две и особенно в три смены. Ведь организм в течение суток по-разному реагирует на физические нагрузки. Наиболее "слабым" человек оказывается в 2 — 5 час и между 12 — 14 час, наиболее "сильным" — утром с 8 до 12 час и днем с 14 до 17 час.

Любому человеку необходимо знать основы рационального питания. Но работа органов пищеварения также определяется суточным ритмом: в первой половине дня печень выделяет наибольшее количество желчи, утром желудочный сок менее кислый, чем вечером. Поэтому в первой половине дня должна преобладать белковая и жирная пища, а во второй — углеводная и молочная. Недавно получены данные о том, что и процессы старения связаны с биологическими часами и некоторые люди быстро стареют из-за нарушения их нормальной работы.

Растениеводы, животноводы, пчеловоды, физиологи и биохимики должны изменить свое отношение к "постоянным" условиям — непрерывное освещение и постоянная температура отнюдь не являются нормальными условиями!

И там, где человеку удалось расшифровать "календарь" биологических часов, он добивается поразительных успехов. Расскажем о двух случаях применения таких знаний в практике сельского хозяйства.

Знаете ли вы, что в нашей стране до недавнего времени не было промышленных сортов миндаля? Весь миндаль, который использует кондитерская и парфюмерная, хлебобулочная и фармацевтическая отрасли промышленности, мы покупаем в Иране, Италии, Алжире и других странах.

Выше мы рассказывали о том, как в 1948 г. те немногие миндальные деревья, что росли в Крыму, обманувшись чрезвычайно теплой погодой января, зацвели и впоследствии погибли от морозов. Для условий Крыма нужен был миндаль с особенно поздним цветением. И вот советский ученый, селекционер Александр Андреевич Рихтер решил разгадать механизм биологических часов миндаля, определяющий время его цветения. Таблицы температур — максимальных, минимальных, среднесуточных — по бесчисленным пунктам Крыма лежали на его столе. Процесс расшифровки календаря миндального дерева был не менее сложным делом, чем расшифровка письменности древних.

И что же оказалось? Растение ведет счет теплых дней еще осенью, с того самого момента, когда среднесуточная температура опустится ниже +18° Ц. Еще и еще накапливаются положительные температуры.

И когда их сумма переваливает за 1170 "градусо-дней", миндаль зацветает. Расшифровка этих закономерностей объяснила, как подходить к селекции новых сортов миндаля для посадки в тех или иных районах Юга. Теперь будет у нас свой советский миндаль, уже заложены новые 1800 гектаров миндальных садов новых пород, выведенных А. А. Рихтером благодаря знанию механизма биологических часов миндаля.

И второй рассказ о том, как ученые научились регулировать биологические часы развития трихограммы.

Трихограмма, воин-универсал, поражает много разных вредителей, в их числе капустницу, плодожорку, совку-гамму и других опасных для сельскохозяйственных культур насекомых, плодящихся быстро и в больших количествах.

Ученые заметили, что трихограмма выводит потомство, откладывая свои яички в яйца капустницы, совки-гаммы, плодожорки и других вредителей полей.

Из таких яиц вылетают новые трихограммы, и повторяется та же история. Но это случается лишь, когда трихограмма синхронно развивается со своей жертвой.

Так нельзя ли, создавая искусственно синхронность, выращивать трихограмму к тому дню, когда капустница, совка-гамма или другой вредитель сельского хозяйства кладет яйца?

Оказывается, можно. Ученые заметили, что длительность цикла развития трихограммы зависит от температуры воздуха. При 30° Ц трихограмма вылетает из яйца через 8 дней, при 12° Ц — почти через два месяца. Следовательно, регулируя температуру в термостате, можно вырастить трихограмму к нужному сроку.

В лаборатории сперва размножают вредителя — зерновую моль, а на ее яйцах — трихограмму. Она и дает массовое потомство, которое выращивают при определенной температуре, чтобы оно вышло к заданному дню.

Недалеко от Казани находится Татарская биологическая лаборатория Министерства сельского хозяйства РСФСР, ежегодно выпускающая на поля 450 миллионов трихограмм, которым суждено потрудиться в сельском хозяйстве.

Проблема биологических часов имеет еще ряд других "прикладных" аспектов. Ориентация по звездам и Солнцу, синхронизация внутренней периодичности с приливным режимом, изменение периодичности под влиянием искусственных световых циклов и т. п. — все это ставит ряд вопросов о природе восприятия этих внешних указателей, о природе рецепторов, механизме памяти и т. д., составляющих предмет бионики. Изучение биологических часов необходимо и для космической медицины. Многие специалисты в области изучения мозга обеспокоены тем, что длительное пребывание в состоянии невесомости может нарушить циркадный ритм, отчего серьезно пострадают мозг и нервная система. Инженерам придется подумать о том, как создать для космонавтов искусственные день и ночь.