Живые часы

Несмотря на большую загруженность преподавательскими и административными обязанностями, у Харкер хватало энергии заниматься и исследованиями биологических часов. После долгого чрезвычайно трудного подготовительного периода она разработала очень сложный метод, в основе которого лежали тончайшие хирургические операции, проводившиеся на тараканах.

Но почему она остановила свой выбор на Periplaneta americana, на самом обычном американском таракане, а не на каком-либо другом живом организме? Ведь легко наблюдаемыми ритмами обладают многие растения и животные.

Харкер выбрала таракана по ряду причин. Прежде всего, двигательная активность таракана очень точно приурочена к определенному времени. Это ночное животное, которое начинает двигаться почти сразу же после наступления темноты. При постоянном содержании в условиях чередования 12 часов света и 12 часов темноты тараканы начинают бегать уже через несколько минут после выключения света. Их двигательная активность достигает максимума примерно через два часа, а затем спустя три-четыре часа животные успокаиваются и пребывают в покое всю остальную часть периода темноты и 12-часовой период света.

Если тараканов содержать в течение нескольких дней при непрерывном освещении, их реакция ничем не будет отличаться от того, что двумя столетиями ранее наблюдал у чувствительных растений де Мэран. Тараканы знают, когда должна была бы наступить темнота, и начинают бегать, хотя свет остается включенным. Лишь после продолжительного периода непрерывного освещения они постепенно теряют чувство времени и проявляют активность в совершенно неопределенное время. Поскольку такая двигательная активность может служить в качестве удобно наблюдаемых «стрелок» внутренних часов, таракан представляет собой исключительно подходящее для изучения ритмов животное. Он точно соблюдает 24-часовой цикл двигательной активности, сохраняет эту активность в течение нескольких дней при нарушении условий освещения и медленно утрачивает свой ритм при длительном непрерывном освещении (становится «аритмичным»).

Как подопытное животное таракан хорош еще и по другим причинам. Он легко переносит лабораторные условия жизни; имеет достаточно большие размеры; неприхотлив в еде — может питаться практически чем угодно. И наконец, он является одним из примитивных ныне живущих крылатых насекомых. Отдельные части его относительно слабо развитой центральной нервной системы обладают значительной автономией. Обезглавленный таракан может прожить несколько дней. Он, конечно, не видит, не ест, запасы его энергии постепенно расходуются, но он продолжает бегать, спариваться, представляя таким образом, весьма любопытный объект для тех, кого интересуют различные аспекты его «безголового поведения».

Таково существо, на котором Харкер сделала свое первое открытие — определила точное местоположение живых часов. Давайте послушаем, что она сама говорит о своем открытии:

«Из ранее проведенных мною экспериментов, — объясняет она, — я знала, что ритм двигательной активности таракана зависит от присутствия в крови или тканях животного некоторого секрета. Задача сводилась к тому, чтобы проследить, откуда поступает этот секрет. Удаляя один за другим все известные эндокринные органы и проверяя, не остановятся ли при этом часы, я наконец — после года напряженной работы — выявила источник секрета. Им оказался подглоточный ганглий».

Все насекомые имеют два «мозга»-ганглия, состоящих из комочка нервных клеток. Один из них находится в над-ротовой части головы, а второй лежит под пищеводом, потому и называется «подглоточным» ганглием. Он-то как раз и управляет самым непосредственным образом активностью насекомого[16]. Размер этого органа с булавочную головку, поэтому удалить его можно только под микроскопом.

Рис. 43. Поперечный разрез подглоточного ганглия таракана. Видны четыре нейросекреторные клетки (1), связанные с ритмом двигательной активности.

«Я потратила почти три года на прижигание мельчайших участков подглоточного ганглия высокочастотным каутером, пока не нашла наконец четыре нейросекреторных клетки, которые играют важную роль в поддержании ритма двигательной активности[17].

Поскольку эндокринные органы можно пересаживать в кровоток других тараканов, я смогла убедиться, что эти клетки действительно ответственны за выделение гормона в определенные промежутки времени. Сохранение тараканами ритмики не зависело от целостности нервных связей».

Теперь она знала, где находятся у таракана его часы. Но что заставляет их работать? Можно ли приписать этим клеткам роль механизма, регулирующего ход ритма?

Один из способов узнать, как работает тот или иной механизм, заключается в том, чтобы разрегулировать его и посмотреть, что из этого выйдет. Но живые часы трудно разрегулировать. Необходимо найти физиологический способ нарушения их ритма.