Ритчи Уорд - Живые часы

Пока это предложение обсуждалось в Вашингтоне, Хамнер неожиданно получил приглашение принять участие в работе Международного симпозиума по биологическим часам. Его уведомляли, что международная аудитория симпозиума интересуется результатами его работы о влиянии световых циклов различной продолжительности на суточные ритмы растений.

Хамнер перечитал письмо еще раз. Биологические часы— это как раз то самое, что начинало интересовать его все больше и больше. Он поедет на симпозиум, на котором будут присутствовать все мировые авторитеты в области изучения ритмов, и попытается выяснить их мнение о задуманных им экспериментах на Южном полюсе.

В июне 1960 года в Колд-Спринг-Харборе Хамнер внимательно прослушал сложный и спорный доклад Брауна «Геофизические факторы и проблема биологических часов». Доклад заканчивался так: «Имеются веские основания считать, что живые организмы вполне полагаются на этот зависящий от геофизических факторов часовой механизм. Поскольку организм представляет собой, по-видимому, такую тонко уравновешенную систему, которая может улавливать малые флуктуации как известных, так и неизвестных геофизических факторов, возникает вопрос, насколько существен весь этот комплекс геофизических факторов для самой жизни. Если живые существа приспособились использовать некоторые из этих факторов для ориентации во времени и пространстве, то каковы пределы изменения геофизического антуража жизни, в которых общая картина жизни на нашей планете не нарушалась бы?»

После Брауна на трибуну поднялся Бюннинг, профессор Тюбингенского университета, который указал на факты, противоречившие, по его мнению, выводим Брауна.

На конкретных примерах собственных экспериментов с растениями он показал, что ни в одном из этих экспериментов не было обнаружено ничего, что могло бы говорить о зависимости растений от какого-либо внешнего фактора. Поэтому он не усматривает никаких оснований даже для поисков таких факторов, но считает необходимым добавить, что отсутствие данных о влиянии внешних факторов в одних случаях не исключает, что в других случаях эти факторы могут влиять на эндогенную периодичность.

Взяв слово, Карл Хамнер изложил свое предложение:

Я думаю, что смогу предложить экспериментальный подход, который, возможно, даст ответ на обсуждаемый вопрос. Около трех лет назад у одного из моих учеников, доктора Финна, и у меня возникла идея, что вращение Земли вокруг своей оси можно рассматривать как меняющийся фактор внешней среды. Если бы организм каким-то образом мог воспринять или измерить вращение Земли, он имел бы очень точные часы. Например, допустим, что организм постоянно подвергается действию излучения, испускаемого из определенной точки космического пространства. Из-за вращения Земли направление на источник этого излучения будет все время изменяться. Таким образом, измеряя направление излучения по отношению к направлению силы тяжести, организм мог бы точно судить о времени.

Я говорю об излучении в качестве примера, а вовсе не предполагаю, что оно действительно испускается из какой-то точки пространства. Опираясь на такой постулат, мы поставили предварительные эксперименты, в которых растения располагали горизонтально и вращали таким образом, что направление силы тяжести по отношению к растению постоянно менялось, то есть сила тяжести по существу исключалась как неизменный фактор. Наши предварительные результаты показывают, что такие растения, по-видимому, теряют свою способность чувствовать время, поскольку ритмические движения листьев сейчас же исчезают. Конечно, на основании этих предварительных результатов нельзя еще делать окончательные выводы.

В январе 1960 года мы представили Национальному научному фонду проект, который предусматривал проведение работ в районе Южного полюса Земли. Предполагается поместить на вращающийся стол около полюса организмы, обладающие эндогенными ритмами. Стол должен вращаться со скоростью один оборот за 24 часа в сторону, противоположную вращению Земли, так что организмы будут оставаться в строго фиксированном положении в пространстве. Кроме того, в полярных районах нет суточных изменений в окружающей среде, что исключает влияние вращения Земли как возможного указателя времени. Если организмы потеряют свое чувство времени, это будет служить доказательством того, что они каким-то образом «осведомлены» о вращении Земли. Если же ритмы у этих организмов не изменятся, то это будет означать, что организмы не чувствуют земного вращения и что часы, вероятно, контролируются каким-то эндогенным механизмом. Такие столики можно вращать с различными скоростями как в сторону вращения Земли, так и в противоположную. Мне кажется, что такие эксперименты сыграли бы решающую роль в нашем понимании биологических часов.

В ответном выступлении Браун заметил, что положительные результаты такого эксперимента были бы очень интересны. Но он предостерег от неправильной интерпретации отрицательных результатов, поскольку в этих экспериментах всегда надо учитывать, например, сложное суточное движение магнитных полюсов относительно географических.

Хамнер, прекрасно осведомленный о существовании этого осложнения, был убежден, что любые эффекты, которые могут быть внесены этой переменной, будут несущественными. В перерывах между заседаниями он побеседовал со многими исследователями ритмов и получил полнейшее одобрение подготовке экспериментов на Южном полюсе. «До выхода лаборатории в космическое пространство самым лучшим, на что можно сегодня надеяться, будут ваши данные».

Поэтому, узнав в июле 1960 года, что его проект одобрен, он немедленно вызвал наиболее подходящих для выполнения столь ответственного мероприятия сотрудников— Сирохи, Хошизаки и Карпентера — и изложил стоявшую перед ними задачу. В пределах ассигнованной фондом суммы и за очень короткое время они должны подготовиться к отъезду на Южный полюс с лабораторией, полностью оборудованной для количественных биологических исследований.

Основные приготовления сводились к подбору пяти различных организмов и к изготовлению оборудования и приспособлений, необходимых для содержания этих организмов в хорошем состоянии и для записи ритмов их активности. Каждый из отобранных организмов должен был обладать четко выраженным ритмом, а экспериментальные методы регистрации этих ритмов должны были быть хорошо отработанными.

Золотистые хомячки будут помещены в клетки с вращающимися барабанами, соединенными с регистрирующим устройством, так что периоды двигательной активности хомячков будут выглядеть черными полосами на движущейся ленте, а периоды покоя — чистыми участками. Движения листьев у выращенной из семян фасоли будут фиксироваться на инфракрасной пленке при помощи цейтраферной камеры. Плесневый гриб Neurospora crassa будет расти в стеклянных пробирках с питательной средой. Ежедневное нарастание гриба, проявляющееся в виде чередующихся полос, будет оставлять на стекле его собственную запись активности, которая может регистрироваться прямым наблюдением и фотографированием. Плодовые мушки, содержащиеся в сосудах, отложат там яйца, из которых в дальнейшем появится новое поколение дрозофил. Через определенные интервалы времени вновь народившиеся особи будут усыпляться и подсчитываться. Легкие вращающиеся барабанчики для тараканов будут соединены с регистрирующими устройствами. Кроме того, активность тараканов можно регистрировать с помощью покадровой киносъемки.