Сергей Михайлович Иванов - Утро вечера мудренее
Дьюи и его сотрудники верят в то, что когда-нибудь они смогут полностью объяснить тайну циклов: понять, чем они вызываются, можно ли регулировать хотя бы некоторые из них и может ли человек приспособиться к тем, которые регулированию не поддаются. Разобраться в этом до конца, говорит Дьюи, было бы равносильно открытию Периодического закона.
Ученые, исследующие циклы и ритмы, в этом пункте согласны с Дьюи. Но его убежденность, что циклическим закономерностям подчиняются социальные сферы, разделяют лишь немногие его приверженцы: подавляющее большинство фактов не на его стороне. Вот биологические явления — другое дело.
ХОД ЧАСОВ НА ШПИЦБЕРГЕНЕ
Разыщите на мокром песке креветку и бросьте ее в воду. Креветка выплывет обратно на песок. Отнесите ее в сухое место — она возвратится к влаге. Креветок, живших на одном берегу острова, перенесли на противоположный и бросили в воду. Они поплыли не к берегу, а в открытое море, в направлении, к которому они привыкли. Что же их побуждает плыть и служит для них компасом? Не положение ли солнца? Креветок поместили в тень, отразили на них от зеркала солнечные лучи, и это не замедлило сказаться на их поведении. Те, кого бросили в воду, отправились дальше в море, а те, кто остался на суше, поползли в глубь острова. Когда же их перевезли на самолете из восточного полушария в западное, и в один и тот же час измерили угол между направлением их пути и направлением солнечных лучей, и угол этот оказался один и тот же, стало ясно, что у креветок есть часы, которые показывают им время и положение солнца, и, куда бы ни забросила их судьба, часы эти ходят везде одинаково.
Одни животные настраивают свои хронометры на положение солнца, другие — на время прилива и отлива. Когда медуз накрывает прилив, они разжимаются. Положите их в бак с морской водой, где нет ни прилива, ни отлива, — они все равно будут в положенное время сжиматься и разжиматься. Краб умеет ориентироваться и на солнце, и на приливы, а некоторые рыбы — еще и на фазы луны. Птицы летят осенью на юг, поглядывая на звезды.
Чувство времени связано с химическими процессами, а на их скорость влияет температура. Биолог Жак Лёб наблюдал, как быстро стареют мухи, которых содержат при слишком высокой температуре. Рой пчел был приучен прилетать к кормушке в одно и то же время. Затем экспериментаторы взяли хинин, про который давно было известно, что он замедляет обмен веществ, отчего и служит жаропонижающим средством, и подмешали его к пчелиному корму: пчелы стали опаздывать к кормушке. Когда же им подмешали тироксин, который усиливает обмен, они примчались к кормушке раньше времени.
Во всем этом нет ничего удивительного. Раз уж жизнь организмов протекает во времени и в пространстве, должны же у них быть какие-нибудь приборы, связывающие их со временем и с пространством. Удивляться скорее приходится тому, что уж очень подвержены эти приборы воздействию среды. Чуть повысилась температура — и заспешили часы. Чуть понизилась — стали отставать. Где же та самостоятельность, которая должна отличать живое от неживого?
Самостоятельность нашли у краба. Краб обладает строгим суточным ритмом изменения цвета. Днем черный пигмент разливается по клеткам его спины, помогая ему прятаться в тени расселин, а ночью собирается обратно в ядра клеток, и краб бледнеет. Нескольких крабов поместили в темную комнату и стали испытывать на них перемены температуры. Ритм расширения и сокращения пигментных клеток нарушился только тогда, когда температура снизилась до нуля. Попутно обнаружилось, что наибольшее потемнение клеток каждый день наступало на пять минут позже вчерашнего. На пять минут позже наступало в тех местах и время наибольшего отлива. Так было доказано наличие часов, независимых от температуры. Эта независимость и помогает организмам приспосабливаться к среде. Каждая клетка может иметь свои собственные часы. Дитя солнца и земли, клетка чутко откликается на внешние ритмы, но будучи частичкой организма, она прислушивается и к своим собственным ритмам, порождаемым сменой тех процессов, которые происходят в организме. Чем разнообразнее эти процессы и чем активнее весь организм, тем труднее изменить его режим таким простым способом, как перемена температуры.
Весьма возможно, что ходом биологических часов управляет процесс энергетического обмена в клетках. Сотрудник Института биофизики АН СССР Е. Е. Сельков обнаружил во внутриклеточных превращениях веществ циклические явления. Гликоген превращается в пировиноградную кислоту, но и та, в свою очередь, может превратиться в гликоген. Ход встречного процесса регулируется концентрацией вещества: пока его не накопится достаточно много, реакция не пойдет. Может быть, именно из таких реакций и рождаются наши биоритмы.
Среди ученых есть сторонники внешнего происхождения биоритмов и сторонники внутреннего. Первые склоняются к тому, что организм — это пассивная система: чтобы воспринять колебательный режим, ей обязательно нужен внешний толчок. Например, суточный ритм, которому подчиняются многие процессы в организме, постоянно возбуждается вращением Земли вокруг своей оси. Сторонники же внутреннего происхождения биоритмов говорят, что если связь организма с внешним миром прервать и поместить его в искусственную среду с постоянными условиями, то его биоритмы изменят свою периодичность, отклонившись в ту или иную сторону от суточного цикла.
В первых же экспериментах, предпринятых для проверки этих предположений, обнаружилось, что перестройка суточного ритма вызывает у организма решительный протест. Однажды группа английских физиологов решила провести лето на Шпицбергене, где солнце не заходит по нескольку месяцев. Физиологи запаслись особыми часами. У одной половины группы часы за сутки уходили на три часа, и она стала жить по 21-часовому циклу, у другой — отставали на три часа, и у нее установился 27-часовой цикл. Суточный температурный ритм сопротивлялся этим перестройкам неделю, а ритм выделения калия из организма — целых полтора месяца.
Предрасположенность наша к суточному ритму восходит к тем далеким временам, когда выбирались из океана первые холоднокровные. Оказавшись на суше, они стали ощущать на себе неведомые им до тех пор перепады температуры воздуха — смену дневной жары ночной прохладой. С наступлением холодной ночи у них понижалась температура тела, вместе с нею снижалась скорость обменных процессов и, как результат, активность нервной системы. Они цепенели, замирали и оживлялись лишь с первыми лучами солнца. Теплокровные, хоть и обладали уже автоматическим регулятором температуры, были все-таки в известной степени потомками холоднокровных. Как отголосок резких колебаний, которые происходили в их организмах и особенно в организмах их старших родственников, у нас и сохранился суточный ритм колебаний температуры. По мнению английского физиолога Грея Уолтера, никаких других причин спать так долго, как нам обычно хочется, у нас нет. К внутреннему температурному ритму добавились привычки, связанные с приспособлением к среде. Предки наши наделены были дневным, а не ночным зрением. В сетчатке их глаза преобладали колбочки — фоторецепторы, реагирующие только на дневной свет: ночью им просто ничего не оставалось делать, как только спать или, во всяком случае, пребывать в неподвижности, углубившись в свои проблемы.
На Шпицбергене стоял полярный день. Но и во время полярного дня и во время полярной ночи люди все равно спят в среднем по восьми часов и по шестнадцати бодрствуют — суточный цикл сохраняется у них несмотря на то, что смена дня и ночи выглядит весьма условно. А что произойдет с биоритмами, если человек совсем ничего не будет знать о смене дня и ночи и о времени вообще?
Французский спелеолог Мишель Сифр рассказывает в своей книге «В безднах Земли» об экспериментах, которые он и его товарищи проводили в пещерах. В конце 1964 года спелеолог Антуан Сенни спустился в пещеру близ Грасса, чтобы провести там в полной изоляции четыре месяца. Ритм смены бодрствования и сна начал у него меняться с первых же дней. Иногда он бодрствовал тридцать часов подряд, а спал больше двадцати. «Особенно он поразил нас, — пишет Сифр, — когда в течение 22 дней длительность его суток варьировала от 42 до 50 часов /в среднем 48 часов/, с фантастически продолжительными периодами непрерывной активности — от 25 до 45 часов (в среднем 34 часа) и с длительностью сна от 7 до 20 часов. Мы открыли явление, названное нами в 1966 году двухсуточным ритмом, то есть продолжительностью около 48 часов.
На шестьдесят первые сутки этого исключительного эксперимента Тони заставил нас всерьез переволноваться: он проспал 33 часа. Я уже опасался за его жизнь и готовился спуститься, как вдруг раздался телефонный звонок: Тони сообщал мне, что провел ночь хорошо!»
Следующими были Филипп Энглендер и Жак Шабер, люди с совершенно различными характерами. Первый — простой, впечатлительный, общительный, экспансивный, непосредственный, второй — сосредоточенный, уравновешенный, предпочитающий сначала подумать, а потом уже действовать. У кого из них быстрее изменится 24-часовой ритм чередования бодрствования и сна?
