Чего не знает современная наука

Каков же механизм чувства времени у живых существ? Какие процессы внутри клеток и организмов помогают им ориентироваться во времени? Прежде всего, необходимо понять, является ли чувство времени внутренне присущим живым организмам, фундаментальным свойством живого или же ритмичность биологических процессов – просто реакция на периодические колебания условий внешней среды. Самый естественный путь для решения этого вопроса – изучение организмов, содержащихся в ходе эксперимента в строго постоянных условиях. Такими опытами было доказано, что у каждого вида организмов имеется ряд ритмов, не зависящих от условий среды. Эти ритмы были названы эндогенными. Многие из них имеют периодичность, близкую к суткам: это, например, ритмы деления клеток, изменения активности ферментов, окислительно-восстановительных процессов. Более быстрые (короткопериодичные) ритмы – например, дыхания, сердечной деятельности у человека – также являются эндогенными. Однако некоторые ритмы, такие, как чередование сна и бодрствования, активности и пассивности пищеварительных ферментов и многие другие, подчиняющиеся в природных условиях суточной периодичности, в постоянных условиях эксперимента несколько изменяют (например, до 25 часов) свой период. По этой причине большую группу ритмов, в природе строго синхронизируемых сменой дня и ночи, стали называть циркадианными или циркадными (околосуточными).

Другая большая группа ритмов в организмах имеет околочасовую периодичность, а многие ферментативные процессы в клетках осциллируют с короткими периодами (порядка секунд или минут).

Видимо, благодаря всем этим разнообразным механизмам, носящим общее имя «биологические часы», и возможно очень точное ориентирование всех живых существ во времени. Примером такого ориентирования может послужить возможность формирования рефлекса на время у моллюска. Ход опыта таков: моллюск получает каждые 5 минут удары слабым током. После удара он ненадолго скрывается в раковине, а затем продолжает свое движение. После прекращения ударов моллюск продолжает точно каждые 5 минут прятаться в раковине. Это говорит о наличии у него системы отсчета времени.

Другой пример связан с сезонными циклами размножения. Океанский червь палоло раз в году образует для размножения громадные скопления в определенном квадрате океана, в определенной фазе луны, для чего этим пловцам приходится преодолевать многие километры пути. Это также свидетельствует о существовании в их организмах системы отсчета времени (и ориентирования в пространстве!), которая позволяет им заранее «предвидеть» сезон размножения и вовремя пуститься в путь.

Все подобные примеры ставят нас перед волнующей загадкой природы: каким образом живые организмы предвидят наступление важных для их существования периодических изменений в среде? Иными словами, если биологические часы есть неотъемлемое свойство живого, то как они устроены?

В последние два десятилетия наука вплотную приступила к решению загадки «биологических часов»; возникли даже новые области – хронобиология и хрономедицина.

Вкратце, современные представления об устройстве «биологических часов» сводятся к следующему. Каждая клетка живого организма обладает набором биохимических реакций, имеющих автоколебательные свойства. К ним относятся концентрационные колебания в ферментных системах – результат саморегуляции при наличии обратной связи. Предполагается, что это и есть принцип организации «секундомеров» в «биологических часах». Однако чтобы эти часы могли служить для измерения более длительных процессов, например, сообразно, с длительностью суток, необходим замедляющий механизм, действующий аналогично зубчатой передаче механических часов. Скорее всего, эту роль играют процессы диффузии продуктов быстрых биохимических реакций внутри клетки, «обслуживающие» цикл клеточного деления. Вероятно, этот околочасовой ритм закладывается в самом начале развития каждого организма, когда оплодотворенная материнская клетка очень быстро, строго ритмично многократно делится, образуя многоклеточный зародыш. В этот уникальный период жизни клеточные деления происходят со скоростью, определяемой главным процессом – удвоением (репликацией) молекулы ДНК. Полагают, что это и есть так называемый «хронон – модель биологического циркадного механизма.

Автор концепции «хронона» Ч. Эре сравнивает двухспиральную молекулу ДНК со старинным хронометром, состоящим из двух перевитых кусков каната, пропитанных воском и свечным салом. Они горят с удивительно постоянной скоростью, что и навело Ч. Эре на его идею. Каждая клетка, как и целый организм, – самоподдерживающаяся система. Она должна постоянно подзаряжаться энергетически. Окислительно-восстановительные процессы, энергетически обеспечивающие деление клеток, – это основные таймеры множества околочасовых ритмических процессов, связанных в начале развития с клеточным делением. В более поздние периоды жизни организма клетки делятся уже не так быстро, но клеточные околочасовые ритмы продолжают существовать.