Станислав Славин - Есть ли тайны у растений?
Тогда от чего же? Дюамель не смог ответить на этот вопрос. Не ответили на него и сотни других исследователей из многих стран мира, хотя в их рядах бьыи и Карл Линней, и Чарлз Дарвин, и многие другие ведущие естествоиспытатели.
Лишь во второй половине XX века тысячи накопленных фактов наконецтаки позволили прийти к выводу: все живое на Земле, даже одноклеточные микробы и водоросли, имеет свои собственные биологические часы!
Запускаются эти часы в ход сменой дня и ночи, суточными колебаниями температуры и давления, изменением магнитного поля и другими факторами.
Порою достаточно одного светового лучика, чтобы "стрелки" биологических часов были переведены в определенное положение и дальше шли самостоятельно, не сбиваясь довольно долгое время.
Но как устроены часы живой клетки?
Что является основой их "механизма"?
"Хрононы" Эрета. Чтобы выяснить принцип, лежащий в основе действия живых часов, американский биолог Чарлз Эрет попытался представить их возможную форму. "Конечно, механический будильник со стрелками и шестернями, - рассуждал Эрет, - искать внутри живой клетки бессмысленно. Но не всегда же люди узнавали и узнают время с помощью механических часов?.."
Исследователь стал собирать сведения о всех измерителях времени, когда-либо использовавшихся человечеством. Он изучал часы солнечные и водяные, песочные и атомные... В его коллекции нашлось место даже для часов, в которых время определялось по пятнышкам белой плесени, за определенное время выраставших на розовом питательном бульоне.
Конечно, такой подход мог увести Эрета бесконечно далеко от поставленной цели. Но ему повезло. Однажды Эрет обратил внимание на часы короля Альфреда, жившего в IX веке. Судя по описанию, сделанному одним из современников короля, часы эти представляли собой два спирально перевитых куска каната, пропитанных смесью пчелиного воска и свечного сала. Когда их поджигали, куски горели с постоянной скоростью по три дюйма в час, так что, замерив длину оставшейся части, можно было довольно точно определить, сколько времени прошло с момента пуска таких часов.
Двойная спираль... Что-то удивительно знакомое есть в этом образе! Эрет не напрасно напрягал память. Он в конце концов вспомнил: "Ну, конечно же! Форму двойной спирали имеет молекула ДНК..."
Впрочем, что из того следовало? Разве общность формы определяет общность сути? Спираль из канатов сгорает за несколько часов, спираль же ДНК продолжает копировать сама себя в течение всей жизни клетки...
И все-таки Эрет нс отмахнулся от случайно пришедшей мысли. Он стал искать живой механизм, на котором мог бы проверить свои предположения. В конце концов он остановил выбор на инфузории туфельке - самой маленькой и простой клетке животного происхождения, у которой обнаружены биоритмы. "Обычно инфузория в дневное время ведет себя более активно, чем ночью. Если мне удастся, воздействуя на молекулу ДНК, перевести стрелки биологических часов инфузории, можно считать доказанным, что молекула ДНК также используется в качестве механизма биочасов..."
Рассудив таким образом, Эрет использовал в качестве инструмента, переводящего стрелки, световые пуски с различной длиной волны: ультрафиолетовые, голубые, красные... Особенно эффективно действовало ультрафиолетовое излучение - после сеанса облучения ритм жизни инфузории заметно менялся.
Таким образом, можно было считать доказанным: молекула ДНК используется в качестве механизма внутренних часов. Но как работает механизм? В ответ на этот вопрос Эретом была разработана сложнейшая теория, суть которой сводится вот к чему.
Основой отсчета времени служат очень длинные (длиной до 1 м!) молекулы ДНК, которые американский ученый назвал "хрононами". В обычном состоянии молекулы эти свернуты тугой спиралью, занимая очень мало места. В тех местах, где нити спирали немного расходятся, строится информационная РНК, достигающая со временем полной длины одиночной нити ДНК. Одновременно протекает ряд взаимосвязанных реакций, соотношение скоростей которых можно рассматривать как работу "механизма" часов. Таков, как говорит Эрет, скелет процесса, "в котором опущены все подробности, не являющиеся абсолютно необходимыми".
Пульсирующие пробирки. Обратите внимание, основой основ цикла, его фундаментом американский ученый считает химические реакции. Но какие именно?
Чтобы ответить и на этот вопрос, давайте из года 1967-го, когда Эрет вел свои исследования, перейдем еще на десяток лет назад. И заглянем в лабораторию советского ученого Б.П.Белоусова. На его рабочем столе можно было увидеть штатив с обычными лабораторными пробирками. Вот только содержимое их было особым. Жидкость в пробирках периодически меняла цвет.
Только что она была красной и вот стала уже синей, затем снова покраснела...
Об открытом им новом виде пульсирующих химических реакций Белоусов доложил на одном из симпозиумов биохимиков. Сообщение выслушали с интересом, однако никто не обратил внимание, что исходными компонентами в циклических реакциях были органические вещества, весьма сходные по своему составу с веществами живой клетки.
Лишь два десятилетия спустя, уже после смерти Белоусова, его работа по достоинству была оценена другим отечественным ученым А.М.Жаботинским.
Он вместе со своими коллегами разработал подробную рецептуру реакций такого класса и в 1970 году доложил о главных результатах своих исследований на одном из международных конгрессов.
Далее в начале 70-х годов работы советских ученых были подвергнуты тщательному анализу зарубежными специалистами. Так, американцы Р.Филд, Е.Корос и Р.Ноуес нашли, что среди множества факторов, определяющих режим взаимодействия веществ в пульсирующих реакциях, можно выделить три главных: бромисто-водородную кислотную концентрацию, бромидную ионную концентрацию и окисление металлических ионов катализатора. Все три фактора были объединены в новое понятие, которое американские биологи назвали орегонским осциллятором, или орсгонатором, по месту своей работы. Именно орегонатор многие ученые считают ответственным как за существование всего периодического цикла в целом,, так и за его интенсивность, скорость колебаний процесса и другие параметры.
Индийские ученые, работавшие под руководством А.Винфри, спустя еще некоторое время нашли, что процессы, происходящие при таких реакциях, имеют большое сходство с процессами в нервных ячейках. Более того, тому же Р.Филду в сотрудничестве с математиком В.Траем удалось математически доказать сходство процессов орегонатора и явлений, происходящих в недавно открытой нервной мембране. Независимо от них подобные же результаты получили при помощи комбинированной аналогово-цифровой ЭВМ наши соотечественники Ф.В.Гулько и А.А.Петров.
Но ведь такая нервная мембрана представляет собой оболочку нервной клетки. И в составе мембраны есть "каналы" - очень крупные белковые молекулы, которые довольно схожи с молекулами ДНК, находящимися в ядре той же клетки. И если процессы в мембране имеют биохимическую основу - а это установлено на сегодняшний день достаточно уверенно, - то почему должны иметь какую-то иную основу процессы, происходящие в ядре?
- Таким образом как будто начинает довольно отчетливо прорисовываться химическая основа биоритмов. Сегодня уж можно не сомневаться, что материальной основой биологических часов, их "шестеренками" являются биохимические процессы. Но вот в каком порядке одна "шестеренка" цепляется за другую? Как именно протекает цепь биохимических процессов во всей их полноте и сложности?.. В этом еще предстоит досконально разобраться - так прокомментировал в беседе со мной положение дел в биоритмологии один из ведущих специалистов нашей страны в этой области, заведующий лабораторией Института медико-биологических проблем Б.С.Алякринский.
И хотя в химии биоритмологии действительно еще очень много неясного, проведены уже первые опыты практического использования таких химических часов. Так, скажем, несколько лет назад инженер-химик Е.Н.Москалянова при изучении химических реакций в растворах, которые содержат одну из необходимых человеку аминокислот - триптофан, открыла еще одну разновидность пульсирующих реакций: жидкость меняла свой цвет в зависимости от времени суток.
Реакция с добавками красителя интенсивнее всего протекает при температуре около Зб°С. При нагреве свыше 40° краски начинают тускнеть, молекулы триптофана разрушаются. Приостанавливается реакция и при охлаждении раствора до 0°С. Словом, напрашивается прямая аналогия с температурным режимом химических часов нашего организма.
Москалянова сама провела более 16 тысяч опытов. Пробирки с растворами были разосланы ею для проверки во многие научные учреждения страны. И вот теперь, когда собран огромный фактический материал, стало ясно: действительно растворы, содержащие триптофан и краситель ксантгидрол, способны менять свою окраску с течением времени. Таким образом, в принципе, появилась возможность создания совершенно новых часов, которым не нужны ни стрелки, ни механизм...
