Беседы о бионике

Следует отметить, что физиологические ритмы, периодичность которых немного больше или меньше 24 час, т. е. ритмы околосуточные, довольно широко распространены в природе, и для обозначения их в научной литературе даже применяется специальный термин "циркадные" — "циркадные ритмы".

Например, установлено, что у растений есть внутренние часы с периодом 23 — 28 час, у животных — 23 — 25 час, причем среди них есть и особи, циркадный ритм которых в точности равен 23 час 54 мин и 4,09 сек.

Исследования показали, что суточные ритмы активности наблюдаются не только у многоклеточных растений и животных, но и у простейших одноклеточных существ (суточные ритмы фотосинтеза, деления и роста клеток у водоросли Gonyaulax). Циркадные ритмы обнаруживаются даже у отдельных кусочков ткани, вырезанных из организма и помещенных в питательный раствор. Все эти факты при их анализе невольно наводят на мысль, что ритмичность физиологических процессов, их периодичность — это неотъемлемое свойство каждого организма, вплоть до мельчайшей клеточки. Но подробнее об этом потом.

А сейчас расскажем об удивительных фактах и закономерностях суточных, лунных, приливных и сезонных ритмов у растений, животных и человека.

Многие из нас замечали, как шляпка подсолнечника поворачивается за Солнцем. Даже если небо закрыто тучами и не видно Солнца, шляпка все равно поворачивается с равномерностью часовой стрелки! А разве не удивительно, что москиты в Экваториальной Африке кусаются также "по расписанию" — часто всего полчаса в сутки. В зависимости от вида они могут кусаться в поздние сумерки, в полночь или рано утром. А обычные медоносные пчелы? Еще Белинг в 1929 г. установил, что их можно приучить летать к кормушке в определенное время. Причем опыт удавался даже тогда, когда улей и кормушка находились в закрытом помещении, днем и ночью освещенном искусственным светом. Значит ли это, что у пчел есть собственные часы? Но, может быть, пчелы способны даже в изолированном помещении узнавать время по Солнцу, пользуясь каким-то неведомым человеку чувством? И вот, чтобы решить этот вопрос, Реннер провел такой опыт. В Париже в изолированной камере с искусственным освещением пчел приучили прилетать за пищей в определенные часы. Затем улей перевезли на самолете в Нью-Йорк и опять поместили в камеру. На следующий день пчелы собрались у кормушки в обычные часы по парижскому, а не по местному времени. Значит, пчелы все-таки узнают время по внутренним "часам", а не по Солнцу!

Теперь о циркадных ритмах человека. Оказывается, в организме человека одновременно протекает более 40 физиологических процессов, для которых характерна суточная ритмичность. И не случайно ученые и в шутку и всерьез говорят, что одного и того же человека можно встретить только в определенное время разных суток. Суточный режим обмена веществ, определяемый по интенсивности дыхания и температуре тела, впервые был обнаружен в XIX веке, вскоре после введения в клинике термометров. Тогда же было обнаружено, что этот ритм сохраняется даже у людей, длительное время находящихся на постельном режиме.

Суточные ритмы дыхания и температуры тела человека отражают изменения уровня обмена веществ и представляют яркий пример циклических колебаний.

Как показали опыты, мышечная работа и даже положение тела могут изменить температуру тела. На протяжении суток у человека также наблюдаются изменения температуры тела. Например, наиболее высокой она бывает в 18 час, а самой низкой — между 1 — 5 час. При этом амплитуда колебаний температуры составляет 0,6 — 1,3°. Изменение режимов сна и бодрствования влечет за собой и изменение температурного ритма. У людей, постоянно работающих в ночную смену, часто наблюдается повышение температуры ночью.

Суточная периодичность характерна и для сердечной деятельности. Во время сна сердце бьется медленнее, а наибольшая частота сердечных сокращений обнаружена около 18 час. В те же часы наблюдаются самые высокие показатели "верхнего" и "нижнего" уровня кровяного давления. Экспериментально установлено, что деятельность органов кровообращения в различное время суток неодинакова: около 13 и 21 час она резко снижается.

Состав крови ярко свидетельствует о наличии в организме суточных колебаний физиологических процессов: так, костный мозг наиболее активен рано утром, а селезенка и лимфатические узлы — около 17 — 20 час. В утренние часы в кровоток поступает наибольшее число молодых эритроцитов. Максимум гемоглобина в крови отмечается с 11 до 13 час, минимум — с 16 до 18. Максимум сахара — утром, минимум — ночью. Работа желез внутренней секреции также характеризуется периодичностью. Уровень адреналина в крови максимален с 7 до 9 час утра, т. е. до начала двигательной активности, что как бы подготавливает к ней организм (рис. 2).

Рис. 2. Суточные биологические ритмы в организме человека