Как мы делаем это. Эволюция и будущее репродуктивного поведения человека

Помимо внутренних часов, управляющих суточным циклом, у долгоживущих животных и растений имеются и другие внутренние часы, отвечающие за годичный цикл. Для исправной работы этих часов тоже необходимы внешние сигналы. Установлено, что во многих случаях ключевым сигналом для внутренних часов годичного цикла служат изменения продолжительности светового дня. Этот показатель, то есть продолжительность времени от рассвета до заката, меняется в течение года постоянным, предсказуемым образом и позволяет надежно определять текущую фазу каждого времени года. Но использование длины светового дня для подведения годичных биологических часов может быть сопряжено с одной трудностью: годичные изменения этого показателя зависят от географической широты. В высоких широтах диапазон таких изменений составляет несколько часов, в то время как в низких, ближе к экватору, изменения едва заметны. В Северном полушарии продолжительность светового дня достигает максимума в конце июня, а минимума – в конце декабря. Например, в Чикаго самый долгий световой день, день летнего солнцестояния, длится более 15 часов, а самый короткий – день зимнего солнцестояния – около 9 часов, так что диапазон годичных изменений составляет более 6 часов, в то время как на экваторе его продолжительность лишь несколько минут. В связи с этим в тропических широтах продолжительность светового дня намного сложнее использовать для регуляции фаз годичного цикла. Годичному циклу было посвящено меньше экспериментальных исследований, чем суточному (ведь исследования годичного цикла занимают годы, а не месяцы), результаты целого ряда экспериментов показали, что у животных в отсутствие такого сигнала извне, как естественная продолжительность светового дня, обычно наблюдается независимый от внешних условий цикл, определяемый внутренними часами и длящийся около года.

Среди млекопитающих очень широко распространено сезонное размножение – от круглогодичного с умеренным пиком в определенное время до ограниченного строго определенными периодом. У многих видов время спаривания, зачатия и рождения детенышей связано с годичным циклом изменений продолжительности светового дня. В таких случаях определенная фаза этого цикла вызывает развитие семенников у самцов и начало половой активности у самок. Особенно наглядно эта зависимость проявляется, разумеется, у тех видов, у которых период размножения строго ограничен. Среди приматов это особенно характерно для мадагаскарских видов лемуров. В нескольких случаях в лабораторных условиях были получены прямые доказательства влияния продолжительности светового дня на размножение. Это относится, в частности, к моим собственным исследованиям, которые я проводил в Университетском колледже Лондона, опираясь на данные о биологических часах, полученные в Андексе. В ходе этих исследований мне удавалось управлять временем размножения серых мышиных лемуров с помощью специальных световых часов, задававших изменения искусственного светового дня, похожие на естественные изменения светового дня на Мадагаскаре. Удлинение светового дня служит у мышиных лемуров сигналом к началу брачного периода, и я просто устанавливал световые часы так, чтобы лемуры начинали размножаться именно тогда, когда это было мне удобно для проведения наблюдений. Однажды мне даже удалось уменьшить интервал между двумя сезонами размножения, сократив длину годичного светового цикла до девяти месяцев.

Оказывается, чтобы узнать, определяется ли начало сезона размножения у того или иного вида млекопитающих продолжительностью светового дня, можно и не проводить многолетние эксперименты. Есть и более простой способ, связанный с закономерными следствиями вращения Земли вокруг своей наклонной оси одновременно с вращением вокруг Солнца. В Северном и Южном полушариях продолжительность светового дня меняется в течение года одинаково, но в противофазе, так что в Южном полушарии она достигает минимума в конце июня, а максимума – в конце декабря. В связи с этим, если перевезти млекопитающих, у которых размножение зависит от светового дня, из одного полушария в другое, их брачный период сдвигается на полгода. Ценные сведения о таких сдвигах можно извлечь из записей, которые ведут сотрудники зоопарков, регистрируя сроки размножения животных в неволе.