Живые часы

Список заболеваний, которые носят циклический характер, может быть бесконечно большим. Психолог Курт Рихтер за многие десятилетия своих исследований, начатых им еще в 1919 году, собрал клинические данные более чем о тысяче пациентов, страдающих различными периодическими заболеваниями.

Среди органов, которые, по его данным, поражались этими заболеваниями, были суставы, костный мозг, лимфатические узлы, желудок и двенадцатиперстная кишка, брюшина, слюнные железы, потовые железы, почки, глаза, кожа и мозг. Циклический характер носят и такие патологические симптомы, как просто отек и боль, и такие заболевания, как пептическая язва, мигрень и эпилепсия.

Говоря о сложности диагностирования подобных заболеваний, Рихтер заметил, что большинство их вначале не выглядят периодическими, а приобретают такой характер только спустя несколько месяцев и даже лет; поэтому «врачи легко могут просмотреть их начало».

В 1927 году молодой шведский медик Эрик Форсгрен обнаружил, что наиболее важные составляющие элементы кроличьей желчи могут осаждаться хлористым барием. Так появился метод для измерения количества желчи в печени кролика. Эксперимент показал, что количество выделяемой желчи меняется во времени и находится в обратной зависимости от количества запасаемого печенью гликогена. «В клетках печени в нормальном состоянии количества желчи и гликогена обратно пропорциональны, — писал он. — Когда клетка печени содержит много составляющих желчи, гликоген присутствует в небольших количествах, и наоборот. Таким образом, функционирование печени имеет периодический характер, образование желчи в ней чередуется с образованием гликогена».

Менее чем через два года после этого другой шведский медик, Якоб Мёллерстрём, обнаружил, что в скорости оседания эритроцитов также наблюдаются большие периодические изменения. Этот метод лабораторного анализа крови в настоящее время широко используется при диагностике хронических и острых инфекционных заболеваний. Так, например, в случае рака печени скорость оседания эритроцитов увеличивалась в 150 раз всего за сутки. Такие изменения он назвал «взрывоподобными» и подчеркнул опасность постановки диагноза на основании только однократного анализа. Кроме того, он заметил, что «скорость оседания эритроцитов представляет большой интерес для дальнейшего изучения скрытых биологических реакций, лежащих в основе этого явления».

Эти два открытия подогрели интерес к биологическим ритмам среди медиков, что вызвало резкий подъем исследований в смежных областях и создание в 1937 году Международного общества по изучению биологических ритмов человека.

Предстояло выполнить гигантскую задачу — просмотреть и классифицировать результаты многочисленных экспериментов. К концу 1964 года этот труд был завершен Арне Соллбергером, секретарем Общества. Его книга служит отличным справочным пособием для исследователей, работающих во многих смежных областях.

Найдется ли среди современных биологов и медиков ученый, который сумеет воспользоваться всеми этими данными? И как скоро можно ожидать желанных успехов в теории живых часов? Надеемся, что в недалеком будущем ученые ответят и на этот вопрос.

21. Обзор достигнутого и перспективы

Итак, мы постарались взглянуть на проблему живых часов с разных точек зрения: исторической — от самого первого наблюдения над живыми часами в 1729 году до сегодняшнего дня; генетической — от простого одноклеточного организма до такого сложного и высокоорганизованного, как человек; географической — от Скандинавского полуострова до Южного полюса и от берегов Атлантического океана до Тихого. Перед нами предстало множество согласующихся и противоречащих друг другу теорий и идей, мы встретились с самыми разными учеными.

Попробуем подвести некоторый итог, с тем чтобы выявить основные взаимосвязи и представить себе перспективу развития новой области знаний. Сделаем это с помощью Колина Питтендрая, профессора биологии Стэнфордского университета.

Когда Питтендрай занимался исследованием природных условий существования очагов малярии, его внимание привлекла цикличность в поведении комаров и возбудителей малярии, а затем и проблема биологических часов в целом.

Но поскольку комар неудобен для лабораторных исследований, Питтендрай остановил свой выбор на дрозофиле. В качестве «стрелок биологических часов» он избрал время выхода взрослых особей из куколок. Результаты своих многочисленных экспериментов Питтендрай опубликовал в 1954 году; его статья произвела очень большое впечатление на биологов. Б. Суини и Дж. Гастингс так охарактеризовали его работу:

В начале пятидесятых годов стало ясно, что постоянство периода биологических ритмов при различных температурах имеет огромное значение… Но более убедительно гипотеза о биологических часах, определяющих устойчивые суточные ритмы, была сформулирована в изящной работе Питтен-драя на дрозофиле. В его статье проблема температурной независимости была впервые рассмотрена достаточно полно и заняла то место, которое мы отводим ей сейчас. После этого быстро распространился взгляд, что ритмы отражают деятельность механизма измерения времени, для которой независимость от температуры имеет принципиальное значение.

Мы не можем сказать, что эти вопросы ранее не рассматривались и не были оценены по достоинству. Конечно, их важность была понятна. Но усилия исследователей были направлены в другую сторону.

В 1965 году на симпозиуме, который проходил в Клаудкрофте (штат Нью-Мексико) и отличался от предыдущих тем, что охватывал широкий круг вопросов, Питтендрай сделал доклад о биологических часах. Последовавшая за ним дискуссия продолжалась почти четыре часа. Поскольку этот доклад насыщен большим количеством специальной терминологии, мало понятной широкому читателю, мы дадим его сокращенное изложение.

Феномен де Мэрана

Бюннинг обратил внимание на короткую запись одного наблюдения, сделанного в 1729 году французским астрономом де Мэраном, заинтересовавшимся суточными движениями листьев некоторых растений. Полагая, что объяснение этому явлению каким-то образом связано с окружающими условиями, он перенес чувствительное растение в темное помещение, куда не проникали суточные изменения освещенности и температуры. К своему удивлению, де Мэран обнаружил, что и в этих условиях, казалось бы совершенно лишенных каких-либо периодических изменений, суточная периодичность движения листьев устойчиво сохранялась. Понимая важность этого открытия, де Мэран рассказал о нем ботаникам, но при этом выразил сомнение в скором развитии исследований в этой области, так как не представлял себе экспериментальных подходов к изучению столь удивительного открытия.

Феномен де Мэрана привлекал внимание многих выдающихся ботаников XIX столетия, среди которых были Декандоль, Гофмейстер, Дарвин, Сакс, Пфеффер. В 1875 и 1915 годах вышли две книги Пфеффера об устойчивой ритмичности суточных движений листьев.

Саксу уже в конце XIX столетия было ясно, что световой цикл окружающей среды, никак не влияя на ритмы у растений, служит лишь контролем временной периодичности, которая обусловлена, по-видимому, другими причинами. В это время очень многие ботаники интересовались приспособительными функциями подобных ритмов. Дарвин был даже уверен, что возникновение у растений в результате естественного отбора способности измерять время неизбежно приводило к появлению адаптивных преимуществ.

Эндогенное (или экзогенное) происхождение ритмов

Зависимость биологических ритмов от окружающих условий была основным предметом обсуждения в научной литературе на рубеже XX столетия вплоть до 1930 года. Предполагалось, что сохранение ритмов в условиях постоянной темноты и постоянной температуры зависит от действия на организм неких внешних сил. Называли, например, неизвестный фактор X, который якобы представляет собой еще не выявленную периодичность в окружающей среде. Даже в наше время имеется лаборатория, которая признает существование такого фактора. Профессор Браун из Северо-западного университета опубликовал большую серию статей, в которых сообщает об обнаружении точной 24-часовой ритмической активности живых организмов (дыхание, движение и т. д.), фазы которой тесно связаны с местным временем. Эту периодичность (реальность существования которой пока еще не обоснована) Браун приписывает влиянию фактора X. Однако позиция его подвергается серьезной критике со стороны большинства работающих в этой области ученых, уже давно пришедших к заключению, что феномен де Мэрана полностью зависит от эндогенных (внутренних), а не от экзогенных (внешних) причин.