Физиологические часы

Пчеловодам давно известно: если подкармливать пчел всегда в одно и то же время, они запомнят часы кормежек и будут прилетать в "столовые" без опозданий. А если случится непогода и дни будут нелетные, пчелы возобновят посещение "столовой" в те же часы, лишь только пригреет солнце. А если быстро на самолете перевезти этих пчел с Украины, скажем, на Алтай, они и тут будут искать корм по местному украинскому времени. Ни для кого также не новость, что многие цветы раскрываются утром, когда вылетают на добычу насекомые, опыляющие их. Раскрываются они незадолго до рассвета, "как будто "зная", - пишет один ученый, - что через несколько часов взойдет солнце". И если даже цветы перенести в помещение, в котором никогда не будет света, они все равно раскроются в положенное время.

И уж, конечно, каждый из нас по своему опыту знает, что и без будильника может проснуться, когда захочет. Нужно только небольшим напряжением воли поставить на определенный час свои "головные часы", как называют исследователи этот неизвестный пока физиологический механизм, пробуждающий наше сознание в нужную минуту. "Головные часы" некоторых людей с такой точностью измеряют время, что эти люди просыпаются за минуту до звонка будильника.

Помещали человека на несколько дней в башню молчания, где не было никаких часов и никаких звуков и впечатлений из внешнего мира, а "головные часы" по-прежнему отсчитывали время. И если ошибались, то не больше чем на пятнадцать минут в сутки.

Еще точнее работают они под гипнозом. Гипнотизер говорит усыпленному пациенту: "Проснетесь через двести сорок минут и выпьете этот стакан воды". И хоть нет в помещении, где проводится опыт, никаких часов, человек просыпается ровно через двести сорок минут и пьет воду.

Все эти наблюдения, в достоверности которых никто теперь не сомневается, говорят о том, что и у растений, и у животных, и у человека тоже есть в организме какие-то "ходики", какие-то циклические физиологические процессы, совпадающие во времени с движением солнца по небу. Короче говоря, есть солнечные часы.

Суточные ритмы были открыты у растений еще в прошлом веке. Какие это ритмы? Интенсивный рост, выбрасывание спор, открывание и закрывание цветов в определенное время суток. Листья поникают ночью, поднимаются, напрягаясь, днем. И другие подобные изо дня в день и в одни и те же часы повторяющиеся процессы. Вся жизнь птиц, рыб, зверей, насекомых, червей - всего живого на земле в разное время суток протекает по-разному: в определенное время они спят, в определенное время ищут пищу, поют, роют норы, идут на водопой, кочуют в долины или горы. В одни часы опускаются на глубины, в другие плывут поверхности. Даже вылет из куколок у многих насекомых происходит изо дня в день, из года в год в одно и то же время.

Приходят новые сутки, и тот же дневной и ночной образ жизни повторяется сначала.

Распорядок его врожденный. С первого дня появления на свет все животные и растения живут уже по солнечным часам, которые отсчитывает какой-то внутренний механизм, бессознательно приспосабливая к ним не только свой обмен веществ и физиологию, но и привычки свои и режим, так сказать, дня.

Но если зародышей животных (и семена растений тоже) поместить в полную темноту или, наоборот, содержать при непрерывном освещении, то животные, когда родятся (а растения, когда прорастут), не обнаружат никаких периодических ритмов: словно бы нет у них физиологических часов. Но стоит новорожденных, хоть на мгновение, осветить мимолетной вспышкой света (если развивались они в темноте) или погасить свет на секунду (если при непрерывном освещении их содержали), как сейчас же такой ритм у них объявится.

Отчего так происходит - никто не знает. Наука по-настоящему еще только начала изучать механизм физиологических часов, и очень многое тут не ясно. Объясняют это пока так: по-видимому, у каждой клетки организма есть свои физиологические часы, но все они идут сначала вразнобой. Чтобы привести их к одному ритму, синхронизировать, и необходим внешний толчок-регулятор, который все ходики пускает разом. Роль его у высших растений выполняет красный свет, у грибов и одноклеточных водорослей - синий.

У животных поддерживают в одном ритме работу внутренних хронометров какие-то особые вещества, которые железы выделяют в кровь.

С тараканами делали такие опыты. Отрезали им головы, и сразу насекомые теряли чувство времени. Но жизнь не теряли: бегали и без головы еще много дней. Когда безголовому таракану прирастили кусочек ткани, взятой из головы другого таракана, он сразу стал жить по часам, но по часам того таракана, кусочком головы которого его наделили.

Срастили спинками двух тараканов: одного с головой, другого без головы, и новые сиамские близнецы стали обладателями единого чувства времени, одних общих часов - того таракана, у которого была голова.

У позвоночных животных (и у человека) работой клеточных хронометров заведует, приводя их, что называется, к одному знаменателю - единому времени, центральная нервная система, то есть, попросту говоря, мозг. Но мозг такую регуляцию осуществляет через особые железы, выделяющие в кровь гормоны - вещества-регуляторы. Известно уже более сорока физиологических и психических процессов, суточным ритмом которых управляют гормоны. Адреналин и меланофорный гормон гипофиза, маленькой железки под полушариями мозга, играют, по-видимому, главную роль - роль пружины в наших ходиках. Действие этой пружины представляют себе пока так: день и ночь, свет и темнота, чередуясь со строгой последовательностью, заводят пружину физиологических часов. Свет через глаза^* побуждает к деятельности симпатическую нервную систему, а она заставляет выделяться в кровь адреналин. Темнота возбуждает парасимпатические нервы и гипофиз, который в больших дозах, чем днем, производит меланофорный гормон.

^* (Но тараканы и слепые иногда "заводили" свои часы, если свет и темнота регулярно чередовались.)

Ритмические, совпадающие во времени с движением солнца по небу колебания концентрации веществ-регуляторов - то адреналина больше, то меланофорного гормона - задают тон всем другим процессам в организме, подчиняя их одному двадцатичетырехчасовому циклу. На механических часах каждый отрезок суток обозначен цифрой. В физиологических часах такой цифрой служит определенная доза веществ-регуляторов.

А сама эта доза - мы уже знаем - зависит от чередования света и темноты. Свет - тот внешний источник энергии, который заводит внутренние часы обитателей подсолнечной планеты. Это не лишне повторить, - так важна роль света в процессах, о которых идет речь.

Если нормальное суточное чередование света и темноты изменить, то эндогенные часы животных (и растений тоже) начнут отмечать время по-новому.

Подобные опыты делали сотни раз. Например, крыс, тараканов, мух, голубей или... фасоль освещали, скажем, десять часов подряд, а потом на десять часов помещали в полную темноту - их физиологические часы уже через день-два такой обработки, в крайнем случае через неделю-две, полностью перестраиваются и приспосабливаются к двадцатичасовым суткам^*.

^* (Организму человека, перелетевшего на самолете из Америки в Европу или наоборот, требуется 8-10 дней, чтобы полностью приспособить свои физиологические ритмы к новому течению дня и ночи.)

Часто даже не нужно все десять часов освещать содержащихся во тьме животных, а достаточно каждый раз в одно и то же время включать свет хотя бы на час и даже всего на несколько минут, и физиологические часы подопытных "кроликов" приобретут новый завод.

Делали и так: не нарушая нормального двадцатичетырехчасового ритма, лишь на шесть часов раньше включали освещение, еще когда на дворе была темная ночь или, наоборот, уже наступал рассвет, а животных еще шесть часов держали в темноте. Их физиологические часы уже через несколько дней показывали новое время - спешили или отставали на шесть часов. И сон, и пробуждение, и поиск пищи, и все другие внешние и внутренние проявления жизнедеятельности животного начинались на шесть часов раньше или позже прежнего.

Физиологические часы можно отвести назад и действием низкой температуры.

Возьмите пчел, обученных прилетать в полдень за сахарным сиропом к кормушке, и подержите их несколько часов на холоде при температуре около 0-5 градусов. Когда они обретут свободу, обязательно вспомнят о сиропе. Но вспомнят с запозданием ровно на столько часов, сколько вы их продержали в холоде, и только к вечеру прилетят к кормушкам.

"Опыты показали, - пишет Эрвин Бюнинг в книге, подводящей итог всем таким экспериментам, - что после длительной обработки холодом организм ведет себя так, как будто в течение этой обработки физиологические часы находились в состоянии покоя".

Не шли, значит, "замороженные".

"Замораживание" быстрее достигает цели, чем многодневная перестройка внутренних ритмов ненормальным чередованием света и тьмы, и к нему часто прибегают ученые, когда экспериментируют с растениями или с холоднокровными животными, температура тела которых быстро повышается или понижается, когда вокруг становится теплее или холоднее.

Должен предупредить читателей, что в науке нет еще достаточно ясного представления ни о природе, ни о работе физиологических часов. Поэтому беглый обзор на предыдущих страницах следует рассматривать лишь как весьма схематичное и приблизительное описание действия очень сложной механики природных хронометров.

Но тем не менее к чтению следующих глав мы приступаем теперь более подготовленными.