Ритчи Уорд - Живые часы

Как подопытное животное таракан хорош еще и по другим причинам. Он легко переносит лабораторные условия жизни; имеет достаточно большие размеры; неприхотлив в еде — может питаться практически чем угодно. И наконец, он является одним из примитивных ныне живущих крылатых насекомых. Отдельные части его относительно слабо развитой центральной нервной системы обладают значительной автономией. Обезглавленный таракан может прожить несколько дней. Он, конечно, не видит, не ест, запасы его энергии постепенно расходуются, но он продолжает бегать, спариваться, представляя таким образом, весьма любопытный объект для тех, кого интересуют различные аспекты его «безголового поведения».

Таково существо, на котором Харкер сделала свое первое открытие — определила точное местоположение живых часов. Давайте послушаем, что она сама говорит о своем открытии:

«Из ранее проведенных мною экспериментов, — объясняет она, — я знала, что ритм двигательной активности таракана зависит от присутствия в крови или тканях животного некоторого секрета. Задача сводилась к тому, чтобы проследить, откуда поступает этот секрет. Удаляя один за другим все известные эндокринные органы и проверяя, не остановятся ли при этом часы, я наконец — после года напряженной работы — выявила источник секрета. Им оказался подглоточный ганглий».

Все насекомые имеют два «мозга»-ганглия, состоящих из комочка нервных клеток. Один из них находится в над-ротовой части головы, а второй лежит под пищеводом, потому и называется «подглоточным» ганглием. Он-то как раз и управляет самым непосредственным образом активностью насекомого [16] [16] Практически все более поздние исследования, проводившиеся в США, Японии, СССР и ГДР, показали, что центром ритма является так называемый центральный отдел основного мозга Подглоточный же ганглий играет вспомогательную, проводящую роль. — Прим. ред. . Размер этого органа с булавочную головку, поэтому удалить его можно только под микроскопом.

Рис. 43. Поперечный разрез подглоточного ганглия таракана. Видны четыре нейросекреторные клетки (1), связанные с ритмом двигательной активности.

«Я потратила почти три года на прижигание мельчайших участков подглоточного ганглия высокочастотным каутером, пока не нашла наконец четыре нейросекреторных клетки, которые играют важную роль в поддержании ритма двигательной активности [17] [17] Нейросекреторные клетки выполняют двоякую функцию: проводят нервные импульсы и выделяют гормон. .

Поскольку эндокринные органы можно пересаживать в кровоток других тараканов, я смогла убедиться, что эти клетки действительно ответственны за выделение гормона в определенные промежутки времени. Сохранение тараканами ритмики не зависело от целостности нервных связей».

Теперь она знала, где находятся у таракана его часы. Но что заставляет их работать? Можно ли приписать этим клеткам роль механизма, регулирующего ход ритма?

Один из способов узнать, как работает тот или иной механизм, заключается в том, чтобы разрегулировать его и посмотреть, что из этого выйдет. Но живые часы трудно разрегулировать. Необходимо найти физиологический способ нарушения их ритма.

Оставалось подвергнуть животное одновременному действию двух часов, не совпадающих друг с другом по фазе. Это должно было, по мнению Харкер, оказать на животное такое действие, как если бы его часы заработали неверно. Эксперимент был исключительно долгим, и проводился в три этапа.

Сначала надо было выяснить, будут ли работать пересаженные часы, и если да, то будет ли новый хозяин реагировать на время, указываемое ими. Иными словами, можно ли восстановить чувство времени у аритмичного таракана с помощью часов, пересаженных из организма ритмически активного таракана?

С этой целью Харкер соединила двух тараканов, поместив одного из них на другом. Нижний, аритмичный таракан мог двигаться совершенно свободно. У верхнего, с четким нормальным суточным ритмом, Харкер удалила ноги, кроме того, она так закрепила его тело, чтобы оно оставалось совершенно неподвижным. Взаимосвязь между насекомыми была возможна только через кровоток. В этих условиях нижний таракан немедленно принял ритм верхнего и начал бегать по его расписанию; следовательно, он отвечал на сигналы, поступающие в его организм через кровоток.

На следующем этапе исследований Харкер пересаживала в брюшко аритмичного обезглавленного таракана подглоточный ганглий нормального насекомого. Активность животного с пересаженным ганглием становилась ритмичной, этот ритм по фазе соответствовал ритму таракана-донора и сохранялся в течение нескольких дней. Таким образом, стало совершенно ясно, что даже нарушение нервных связей в организме таракана не мешает нейросекреторным клеткам подглоточного ганглия секретировать в определенном ритме.

Заключительный этап эксперимента состоял в том, чтобы полностью вывести из равновесия часовой механизм насекомого. Но прежде попытаемся разобраться в следующем. Если тараканов поместить в обратный цикл суточного чередования света и темноты, они в конце концов заучивают его и начинают бегать на рассвете, когда свет выключают, и успокаиваются вечером, когда его включают. Иначе говоря, в Англии они бегают по новозеландскому времени. Поэтому для того, чтобы подвергнуть одно животное действию сразу двух часов, расходящихся по фазе, логично пересадить нейросекреторные клетки новозеландских тараканов кембриджским.

Но сначала Харкер должна была выполнить обычный контрольный эксперимент. Можно ли вообще пересадить единичные клетки одного таракана другому? Харкер сделала это, естественно, сначала на тараканах с нормальным циклом суточной активности, обнаружив при этом, что проведенная ею операция не причиняла им вреда. С донорскими часами, которые работали так же, как их собственные, насекомые вели себя нормально.

Наступило время для решающего эксперимента. Харкер взяла нормальных, кембриджских тараканов и пересадила им «часовые» клетки от тараканов, которые были активны по новозеландскому времени. Что же случилось с насекомыми? Одни клетки говорили сбитым с толку животным, что сейчас день, а другие утверждали, что наступила ночь. Тараканы подверглись настолько сильному внутреннему потрясению, что у них катастрофически быстро развились опухоли в кишечнике и они погибли.

Почему двое часов, работающих вразнобой, вызвали столь сильное потрясение в организме животных? Почему такой стресс привел к развитию опухолей? И это ли было причиной их возникновения? Если события следуют одно за другим, это вовсе не значит, что одно из них является следствием другого. Проблема установления причинных связей является одной из наиболее трудных в биологии. А получить полный ответ на то, что происходит в организме при сбившихся с ритма часах, еще труднее, поскольку нужны аналогичные эксперименты с другими животными. Но этого пока сделать нельзя, поскольку ни в каком другом животном, кроме таракана, местоположение часов еще не обнаружено. Правда, по мнению Харкер, несколько ученых, работающих с млекопитающими, уже подошли к успешному разрешению этой задачи.