Живые часы

Приглядываясь к миру предметов и событий, мы обнаруживаем, что колебательные и волновые движения играют важную, а порой доминирующую роль. Поэтому не следует удивляться тому, что волновые процессы характерны и для нашего собственного организма.

Большинство общеизвестных колебаний, с которыми имеет дело физика, являются следствием взаимодействия свойств, аналогичных инерции и упругости. Движущаяся или меняющаяся система, с одной стороны, имеет тенденцию сохранять состояние движения, поскольку обладает массой или индуктивностью. С другой стороны, такие системы, если они продолжают существовать и если энергия их движения не рассеивается, должны обладать свойствами, которые будут стремиться вернуть их назад, как только они перейдут через равновесное состояние. Иначе говоря, на такие системы действует сила, которая увеличивается с удалением от положения равновесия и неизбежно приводит к возвратному движению, после чего колебательный процесс продолжается.

Существует и другой тип колебаний, хорошо известный в повседневной жизни. Суть этих колебаний сводится к разряду, происходящему при достижении предельного потенциала или некой предельной интенсивности. Например, вода, наполняющая бак с сифоном, будет выливаться время от времени, как только бак наполнится до определенного уровня. Или популяция, устойчивая к кори из-за наличия определенного числа иммунных людей, становится с течением времени менее иммунной и наконец подвергается эпидемии кори.

Еще один пример — неоновая лампа, соединенная параллельно с конденсатором и последовательно с сопротивлением и источником электродвижущей силы, будет вспыхивать через регулярные промежутки времени: как только разность потенциалов на конденсаторе достигает критического значения. Именно такой тип колебательной системы (иногда называемый релаксационным осциллятором) и интересует нас[4].

Хогланд, будучи физиологом, естественно сосредоточил свое внимание на осцилляторах релаксационного типа. Считая химический механизм наиболее вероятной основой для субъективного чувства времени, он пытался найти процессы, которые, как и скорости химических реакций, зависели бы от двух факторов — температуры и концентрации веществ, принимающих участие в реакции[5]. Полученные Хогландом экспериментальные данные подтвердили влияние этих факторов на измерение человеком небольших интервалов времени (минуты). Хогланд не только одним из первых предположил, что живые организмы содержат в себе химические часы — «метроном», задающий ритм; он был несомненно первым, кто ясно понял, что изучение биологических часов может оказаться плодотворным в очень широкой области исследований. «Дальнейшее выяснение кинетических механизмов… должно стать желательным объектом для тех, кто изучает поведение живых организмов, как бы ни именовали себя эти исследователи — биохимиками, биофизиками, физиологами, ботаниками, зоологами, психологами или этологами». И мы действительно увидим далее, что исследователи, изучающие биологические ритмы, вынуждены подчас знакомиться со значительно более широким кругом вопросов, чем того требуют их профессиональные интересы.