Сборник - Фантастика, 1984 год

Но внутренние часы не смогли бы достигнуть большой точности и универсальности у разных особей только в результате обучения. Предполагается, что внутренний биохронометр “вмонтирован” в клетки живого организма задолго до его ррждения, он запрограммирован природой. По мнению советского физиолога Н. А. Аладжаловой, источник колебаний - регуляторные процессы как на макромолекулярном и клеточном уровнях, так и на уровне ансамблей клеток и далее - на уровне взаимодействия живых систем.

Согласно этой концепции в образовании биоритмов непосредственное участие принимают клеточные мембраны, периодически меняющие потоки ионов в клетку. Изменения ионного градиента переводят мембрану из пассивного со4стояния в активное. Периодические колебания концентрации ионов вызывают скачкообразные изменения состояния мембраны.

Мембранная г.ипотеза биологических часов, по данным мировой литературы, обобщенной советским биоритмологом С. А. Чепурновым, наиболее обоснована и тесно связана с генезом физиологических ритмов, с биохимическими процессами, обеспечивающими ионный транспорт.

Исследователь приводит очень интересные в этом отношении данные. У большинства низших, позвоночных эпифиз остается связанным с мозгом в процессе эмбриогенеза и содержит клетки, сходные с фоторецепторами, то есть чувствительными к свету образованиями. Клетки эпифиза амфибий реагируют на изменение внешней освещенности. Но оказывается, что такая фоторецепция присуща и птицам. Например, если ослепить попугаев, то их циркадный ритм уже не будет совпадать с периодами освещенности и затемнения. Однако после выщипывания перьев на голове, то есть увеличения светового потока, поступающего через кожу головы и череп к тканям мозга, ритм сразу же восстанавливался. Введение туши под кожу головы птицам приводило к исчезновению синхронности циркадного ритма. Таким образом, доказано прямое действие света на эпифиз. Следовательно, эпифиз трансформирует световую ритмику и подчиняет ей весь организм благодаря своей эндокринной функции.

У млекопитающих в процессе эмбриогенеза эпифиз теряет анатомическую связь с мозгом (за исключением стебля), и его фоторецептирующие свойства исчезают. Сигналы об освещенности организма эпифиз высших позвоночных животных получает от сетчатки глаза. Эта железа выделяет физиологически активные вещества - мелатонин, серотонин, норадреналин; их накопление в эпифизе и выделение зависят от освещенности.

Именно днем или при освещении происходит освобождение серотонина из депо. На суточные колебания серотонина в эпифизе оказывают влияние также стрессовые воздействия, но наибольшая роль в регуляции его уровня все же принадлежит световому периодизму.

Таким образом, центральные звенья временной структуры позвоночных - нервная и эндрокринная системы. Они основа биологических часов организма в целом. Благодаря нейроэндокринным воздействиям осуществляется модификация и интеграция клеточных ритмов и тем самым обеспечивается их взаимодействие, целостное функционирование организма, его адаптация к изменяющимся условиям внешней среды. Суточный ритм является основной временной единицей' работы живою организма. Ритмикой определенных гормональных изменений можно объяснить также околомесячные - лунные и сезонные циклы.

При этом временные и пространственные стороны жизни настолько взаимосвязаны, что разделить их в биоритмологии не удается, и мы только условно говорим о временной динамике, подразумевая, что развитие процесса одновременно совершается и в пространстве. Как периодические волны моря оставляют на зыбком песке свой четкий след, так и на раковинах моллюска навсегда запечатляются резкие полосы - следствие его жизненных циклов.

Годичные кольца встречаются на деревьях, рогах животных, скелетах карбонатных водорослей и даже на чешуе рыб.

А на некоторых ископаемых объектах обнаруживаются не только годовые, но даже и суточные циклы. Так, на морщинистом. известковом покрове - эпитеке кораллов можно найти и просчитать своеобразные гребни или “струйки”, число которых точно соответствует числу дней в году. Это позволило с величайшей точностью установить, что в кембрийском периоде год содержал не 365, как сейчас, а более 400 дней, в девонском он был равен 396, в каменноугольном и пермском 393-385, в юрском - 377 дней. Рассчитано, что длительность суток в девонскую эпоху была около 21 часа, а затем из-за замедления движения Земли (в основном лунным влиянием) достигла сегодняшней продолжительности в 24 часа.

Как видим, за природными сдвигами зорко следят живые организмы, сообразуя с ними свою ритмику - как многолетнюю, так и суточную. Очевидно, это и привело в процессе эволюции к выработке соответствующей цикличности биологических процессов.

Но каковы же глубинные механизмы образования ритмов биосферы? Оказалось, что у животных, растений и одноклеточных организмов существует весьма совершенный способ измерения времени, основанный на циклическом течении жизненных процессов. Причем в основе измерения времени лежат не одиночные импульсные “подсказки” со стороны внешних факторов (хотя и это влияет на ход биологических часов), а цепные процессы. Центральным звеном в этих процессах является упорядоченность химических реакций. Предполагается, что солнечный свет - смена дня и ночи - способствовал эволюции биоритмов за счет фотосинтетических, фотохимических' процессов. Такую же роль могли играть и морские приливы-отливы.

Вероятно, возникновение жизни было бы невозможно без формирования в простейших биологических системах колебательных химических и других процессов с их упорядоченностью времени. Биоритмы разной периодичности способствуют регуляции функций организма. Их наличие создает возможности приспособления к множеству циклических изменений во внешней среде, то есть позволяет организму легче адаптироваться к среде. Химический механизм может быть наиболее вероятной основой организации чувства времени, то есть речь идет не о физическом, как мы привыкли считать, глядя на маятник часов, а о химическом метрономе.

Какие же конкретные химические процессы обеспечивают ход наших внутренних часов?

За тысячелетия цивилизации человечество изобрело множе;, ство счетчиков времени. Сегодня в службе времени предпочтение отдается атомным часам, которые отстает не более чем на одну секунду за три тысячи лет. Это время продиктовано молекулами и атомами. То есть ритм движения времени в природе связан с самой основой существования материи - атомом. А нет ли чего подобного и в основе биологических часов?

Оказывается, еще в IX веке существовали хронометры, которые состояли из двух спирально перевитых кусков каната, пропитанных пчелиным воском и свечным салом. Эти куски горели с постоянной скоростью, так что на сжигание определенной их части уходило практически одно и то же время. Соответствующая разметка позволяла довольно точно различить отрезки времени в 20 минут.