Знание-сила, 2007 № 08 (962)

Важность этой структуры трудно переоценить. Суточный ритм поддерживают даже такие животные, которым, казалось бы, он не нужен. Группа израильских ученых исследовала слепышей — животных, утративших глаза в процессе приспособления к подземному образу жизни. Оказалось, что все генетические компоненты циркадного ритма есть и у них. Все гены, отвечающие за циркадный ритм у млекопитающих, у слепышей «рабочие», производят соответствующие белки. Это означает, что естественный отбор не дает системе «испортиться», а значит, счетчик времени слепышам необходим. Несмотря на полное отсутствие зрения, сетчатка слепышей сохранила способность воспринимать свет как регулятор активности — слепыш, попавший на поверхность, должен максимально быстро зарыться обратно. Имеются у слепышей и сезонные ритмы активности, видимо, их также поддерживает сохранная система суточного ритма. По всей видимости, биологический календарь устроен так же, как и настенный — должно смениться много одинаковых дней, прежде чем наступит новый месяц.

Небольшие изменения в генах, отвечающих за суточный ритм, ведут к большим последствиям. Мыши, мутантные по одному из отвечающих за циркадный ритм генов, страдают нарушениями сна — они спят часто, но помалу, все время просыпаясь. Похожая картина наблюдается и при старении — у крыс электрическая активность супрахиазменного ядра становится с возрастом все менее регулярной, и пожилые крысы, как и пожилые люди, в течение дня часто задремывают, а ночью страдают бессонницей. Отсутствие другого гена у мышей приводит к тому, что их клетки легко подвергаются раковому перерождению. Вместо того чтобы погибнуть, не пройдя «контроль качества» при делении, клетки с нарушениями ДНК у таких мышей продолжают делиться и дают начало раковым опухолям. Возможно, рак и суточные ритмы вообще тесно связаны — в опытах на мышах показано, что эффективность противораковых лекарств повышается, если принимать их в определенные часы.

Гены биологических часов встречаются во многих тканях дрозофилы, и влияют на самые разные процессы. Например, в 2004 году показано, что самцы дрозофилы, у которых поврежден ген per или tim, посвящают копуляции на 30-50% времени больше, чем нормальные. На поведение самок мутации этих генов не влияют. А у дынной моли вообще clock-гены принимают участие в регуляции времени развития. Моли с длинными, 31-часовыми сутками развивались медленнее, а моли с короткими, 22часовыми сутками — быстрее. Если учесть еще, что моли спариваются всего раз в сутки, на закате, естественный отбор на более длинный или короткий цикл развития может привести и к суточному сдвигу размножения, а там уже рукой подать до репродуктивной изоляции и видообразования.

Вообще, биологические ритмы и поведение тесно связаны. Такие заболевания, как шизофрения и маниакально-депрессивный психоз имеют сезонные пики — весной и осенью. По всей видимости, нервная система таких больных не может справиться с изменением условий освещения. С нарушением суточных ритмов связан и негативный эффект быстрой смены часовых поясов — прилетев из Нью- Йорка в Москву, вы некоторое время будете вынуждены бодрствовать, хотя на ваших «биологических часах» — ночь. Вы ходите и разговариваете, свет, попавший на супрахиазменное ядро, убеждает ваш организм в том, что сейчас день, а температура вашего тела соответствует 2 часам ночи. Под действием солнечного света за несколько дней нормальный ход внутренних часов восстанавливается, хотя и этот механизм с возрастом портится.

У человека существует большая популяционная изменчивость по устойчивости систем суточного ритма. Большинство людей спокойно переносят смену времен года, но некоторые люди в условиях малой освещенности осенью и зимой страдают сезонной депрессией. Мало кто обращается к врачу при первых признаках этой болезни — постоянной вялости, несмотря на длительный сон, плохом настроении, сниженном аппетите. Однако у каждого десятого легкое падение настроения перерастает в полноценную депрессию, которая может потребовать даже медикаментозного лечения.

Тот факт, что, несмотря на свою осеннюю депрессию, эти люди до сих пор встречаются, говорит о многом. Если в популяции устойчиво существует несколько разных вариантов одного и того же гена или фенотипа — значит, хотя бы некоторые из них полезны, и «жаворонки» ничуть не более ценные особи, чем «совы». Более того, биологическое разнообразие по генам суточного ритма в популяции может иметь большой приспособительный смысл. Компьютерное моделирование, проведенное американскими учеными, показало, что если все особи в одно и то же время испытывают одни и те же потребности, это может приводить к усилению конкуренции за ресурсы. И наоборот, естественное расхождение по времени позволяет более эффективно использовать среду обитания — всякий, кто пытался попасть в туалет с утра в многонаселенной квартире, с этим согласится.

В ФОКУСЕ ОТКРЫТИЙ

Михаил Вартбург

Пауки и паутины