Нил Шубин - Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей

Сифр совершенно перестал ориентироваться во времени. Он звонил друзьям, чтобы проверить, может ли он правильно установить длительность двух минут, просто считая до ста двадцати. Большинство людей способно приблизительно отмерить этот отрезок времени. У Сифра на этот счет уходило пять минут.

Когда исследователи проанализировали дневник Сифра, они пришли к важному заключению. Биологическая активность под землей подчинялась земным законам. Время бодрствования и сна по-прежнему суммарно составляло двадцать четыре часа. Ощущение ученым времени оказалось совершенно неверным, но его биологические часы остались в норме.

В следующие годы многие добровольцы подвергали себя подобной изоляции, а хитроумные приборы следили за их физиологической активностью, работой мозга и поведением. Некоторые добровольцы несколько недель или месяцев жили в помещениях без света или со строго контролируемой подачей света. Другие пытались выжить в экстремальных условиях. Один скульптор, например, собирался прожить в полной темноте несколько месяцев. Эксперимент пришлось прекратить через несколько дней, поскольку экспериментатор начал терять рассудок.

Из всех подобных опытов по ограничению возможностей восприятия следует интересный вывод. Многие из наших физиологических нужд (сон, питание, сексуальное влечение) имеют циклический характер, даже если мы живем в темной пещере или комнате либо в другом изолированном пространстве. Время идет не только в часах, но и в наших ощущениях и где-то очень глубоко внутри нас.

Начало научной карьеры американца Курта Пауля Рихтера трудно назвать успешным. После военной службы во время Первой мировой войны он устроился на работу в Университет им. Джона Хопкинса, чтобы изучать роль врожденных инстинктов в поведении животных. Он прибыл в Балтимор в 1919 году и начал работать под руководством одного маститого ученого, знаменитого исследованиями в этой области. Новый научный руководитель Рихтера повел себя необычно. Рихтера снабдили всем необходимым: ему выделили маленькую комнату для работы, выдали абонемент в библиотеку и кое-какие другие вещи, необходимые студенту. И оставили одного. Никаких собраний, никаких обязательных курсов либо семинаров, вообще никаких обязанностей. Со студентами здесь никто не нянчился: либо утонет, либо выплывет.

Спустя какое-то время научный руководитель вручил Рихтеру клетку с двенадцатью обычными крысами. Инструкции наставника были предельно краткими: «Сделай хорошую работу». Рихтер начал с того, что стал скармливать крысам хлеб и целыми днями наблюдал за ними. Как и всякий настоящий ученый, он записывал все до мелочей: когда крысы ели, чем именно они занимались… В один прекрасный день он сделал наблюдение, которое в корне изменило его карьеру и стало отправной точкой для целого направления научной мысли. Крысы то скакали по клетке, то успокаивались. У них совершенно определенно различалось время активности, время отдыха, время приема пищи. Рихтер начал игру. Сначала он оставлял на всю ночь свет в лаборатории. Затем стал на сутки выключать свет. Характер активности крыс не менялся. Крысы реагировали примерно так, как и «пещерный человек» Сифр.

Это простое наблюдение поставило перед Рихтером вопрос, на который он пытался ответить всю оставшуюся жизнь: что является основой врожденного суточного ритма? Как он контролируется?

Рихтер переключился на изучение слепых крыс. Эти животные, не различавшие свет и тьму, имели такой же суточный ритм сна, бодрствования и питания, как и зрячие. Рихтер решил, что в организме слепых крыс есть некий часовой механизм. Но где он?

Первыми кандидатами на роль «хранителя времени» стали железы, которые секретируют гормоны, регулирующие работу сердца, дыхание и другие функции организма. Рихтер давал крысам препараты, нарушавшие гормональный баланс, изменял их режим питания и даже удалял им гормональные железы. За несколько лет он провел более двухсот экспериментов и в каждом случае получал один и тот же результат. Вне зависимости от того, что он удалял и какой гормон блокировал, суточный ритм животных не менялся.

Затем Рихтер перешел к изучению головного мозга и нервов крыс. Он удалял участки мозга крыс и следил за результатом. В 1967 году, то есть спустя сорок пять лет после того, как научный руководитель выдал ему клетку с крысами, Рихтер удалил небольшой участок ткани в основании головного мозга. Изъятие этого небольшого (размером не больше рисового зернышка) фрагмента ткани полностью изменило поведение животных. Итак, внутренние часы крыс были спрятаны в крошечной группе клеток, расположенной непосредственно позади глаз.

Как группа клеток может следить за ходом времени? Ответ на этот вопрос нельзя было найти, удаляя отдельные участки тела. Он был получен с помощью другого научного подхода.

Генетические мутанты — это рабочие лошадки биологии. Шестипалые кошки, двухголовые змеи и сросшиеся телами козы — не просто диковинки. С их помощью мы можем понять основы строения и функционирования нормальных организмов. Гены мутантных организмов функционируют неправильно, но их научная ценность состоит в том, что они могут многое рассказать о работе нормальных генов.

Допустим, у нас имеется мутантное животное без глаз. Понятно, что между мутантным и нормальным животным существует некое генетическое различие. Чтобы выделить дефектный ген, нужно провести большую работу, но, скрещивая мутантных и нормальных животных, можно идентифицировать этот ген и даже выявить конкретное нарушение в последовательности ДНК. Знание последовательности — вот ключ к пониманию молекулярных механизмов, регулирующих формирование глаз. То же можно сказать практически о любом гене в организме.

Этот подход оказался настолько продуктивным, что многие лаборатории занялись прочесыванием популяций в поисках подходящих мутантов. Многие сделали научную карьеру и даже получили Нобелевскую премию благодаря классификации мутантов или просто благодаря находке «правильных» мутантов с дополнительными пальцами, выпученными глазами, необычными конечностями или сердцами. Награда может быть сколь угодно высока, но получение результата часто зависит от случая. Некоторые мутации обнаруживаются лишь у одной особи из ста тысяч. К сожалению, труднее всего работать с млекопитающими (которые как раз сильнее всего нас интересуют): они медленно развиваются и большую часть критического периода развития скрыты от наблюдения в чреве матери.

В частности поэтому в последние сто лет излюбленным объектом для изучения генов животных являются мухи. В отличие от млекопитающих или пресмыкающихся, мух можно добыть сколько угодно, поскольку они очень быстро воспроизводятся и развиваются. Наличие постоянного источника эмбрионов позволило ученым не только получить множество мутантов, но и описать их, классифицировать и запасти для других исследований.