Живые часы

Издавна было известно, что растения и животные обнаруживают периодически повторяющуюся активность. Ежесуточный цикл сна — бодрствования у человека, животных и некоторых растений очевиден. Столь же очевидны и месячные циклы, особенно те, которые связаны с лунным месяцем. Новая концепция вызвала необходимость в новых наблюдениях и их тщательном сопоставлении с уже имевшимися данными. Было установлено, что периоды повторяющейся активности живых организмов колеблются в очень широком диапазоне. Некоторые из таких периодов приближаются к тысячной доле секунды, тогда как другие составляют секунду или целый час. Наиболее широко изучаются ритмы, период которых приближается к 24 часам. Существуют также недельные и месячные ритмы, а у некоторых организмов определенные явления повторяются через каждые семь и даже семнадцать лет.

Рис. 1. Активность обычной золотой рыбки имеет выраженный суточный ритм, который сохраняется при неизменных условиях. Дж. Шиманский показал это еще в 1914 году.

Если организму жизненно необходимо повторять некое явление каждую тысячную долю секунды или один раз в семнадцать лет, то, надо думать, такая система должна быть обеспечена какими-то средствами для измерения проходящего времени. Только в этом случае она сможет эффективно функционировать. Ну а если растения и животные действительно содержат в себе некий часовой механизм, возникает целый ряд вопросов. В каком месте организма находятся эти «часы»? Как они работают? Помогает ли этот механизм в борьбе за существование, и если помогает, то каким образом?

В поисках ответов на эти вопросы биологи пришли к неожиданному открытию. Оказалось, что реакция организма на внешний раздражитель решающим образом зависит от той фазы ритмического цикла, в которой организм находится в данный момент. Ранее все наблюдения за естественными процессами, все тщательно спланированные лабораторные эксперименты выполнялись без учета этого обстоятельства.

В. Вольф, сотрудник Нью-йоркского университета, в своей работе, посвященной исследованию ритмических функций в живых системах (1962), писал, что периодические изменения в системе могут быть чрезвычайно серьезными. Действие одного и того же агента в одной фазе периодического цикла может быть благоприятным, в другой фазе того же цикла — губительным. Не исключено, что в свете гипотезы о биологических ритмах некоторые из полученных до последнего времени данных могут приобрести совершенно иное значение. С признанием ритмичности функционирования организмов многие до сих пор необъяснимые, едва заметные или значительные отклонения в действии фармацевтических, физиологических, химических агентов или агентов, влияющих на психику человека, станут, вероятно, более понятными. Весьма возможно, что какую-то часть имеющихся данных придется заново пересмотреть или отвергнуть вовсе, если принять во внимание все нормальные и аномальные вариации в ритмике биологических процессов. Подтверждением тому служат, например, наблюдения хирургов-отоларингологов из Таллахасси (штат Флорида), которые обнаружили, что послеоперационных кровотечений во второй четверти лунного месяца на 82 % больше, нежели в другое время.

Однако современные биологи резко расходятся во взглядах на природу биологических часов. Признанный авторитет в этой области, Дж. Л. Клаудсли-Томпсон называет три устоявшиеся точки зрения по этому вопросу:

1) биологические ритмы приобретаются в результате обучения;

2) биологические ритмы являются врожденными;

3) биологические ритмы связаны с реакцией организма на раздражители космического происхождения.

Каждая из этих гипотез имеет ярых приверженцев, но никто из них не располагает пока достаточными доказательствами своей правоты. Весьма возможно, что истина лежит где-то посредине.

Сегодня страсти еще бушуют, и, чтобы проследить историю становления новой науки, нам придется посетить различного рода лаборатории и научные учреждения, возглавляемые лидерами противостоящих лагерей. Но прежде необходимо, хотя бы кратко, ознакомиться с историческими предпосылками нынешнего столкновения идей. Рассмотрим поочередно каждый из трех вариантов возможного происхождения биологических ритмов, о которых говорит Клаудсли-Томпсон.