Живые часы

Но однажды в конце дня, когда листья растения еще оставались развернутыми. Дюамель вынес его из подвала (на этот раз с особой осторожностью). Растение осталось бодрствующим всю ночь! На следующий вечер листья опять поникли и впоследствии вернулись к своему нормальному циклу. После этого Дюамель поместил растение в большой, обшитый кожей сундук, который накрыл сверху несколькими толстыми шерстяными одеялами. Растение все так же поднималось по утрам и поникало к вечеру, как и в эксперименте де Мэрана. При полном отсутствии света оно каким-то образом чувствовало время.

Если ответственным за суточные движения листьев был не свет, то какой же другой сигнал получало растение из окружающей среды? Не связаны ли эти движения листьев с колебаниями температуры? Ведь ночью прохладнее, чем днем. И хотя Дюамель понимал, что температура в винном погребе довольно постоянна, он все же решил выяснить, что будут делать его растения, если он нагреет их заметно выше нормальной температуры. Перенеся в теплицу некоторые из чувствительных растений, Дюамель очень скоро убедился, что не ночная прохлада заставляет листья поникать к вечеру. «…Я видел, как растения опускают свою листву по вечерам даже в теплице, — писал он. — Эти эксперименты позволяют заключить, что движение листьев у растений не зависит ни от света, ни от тепла».

Примерно за двадцать лет до того, как Лавуазье показал, что горение и дыхание — это один и тот же процесс, который идет с разными скоростями, Дюамель продемонстрировал, что живые часы каким-то образом компенсируют колебания температуры, так как в определенных пределах они функционируют независимо от нее. Таким образом, Дюамель предвосхитил предположение, что живой организм воистину располагает хронометром, который не изменяет своего хода в зависимости от показаний термометра.

Прошло столетие после экспериментов Дюамеля, прежде чем в исследовании суточных движений листьев у растений были достигнуты определенные успехи.

За это время выдающийся шведский натуралист Карл Линней разработал первую разумную систему классификации растений, разделив это царство на классы, порядки, роды и виды. Его «Система природы», впервые опубликованная в 1735 году, выдержала еще при жизни автора несколько изданий. Умер Линней в 1778 году.

В тот же год в Женеве, в Швейцарии, в уважаемой и состоятельной семье Декандолей праздновали рождение сына, которого нарекли Огюстеном и которому было суждено стать одним из самых знаменитых ботаников Европы. Вначале Декандоль занимался вообще естественными науками, но позже особенно глубокий интерес он проявил к ботанике. Декандоль отправляется в Париж, где работает под руководством Ламарка, Кювье и Жоффруа Сент-Илера. В последующее десятилетие он добивается значительных успехов и в 1808 году становится профессором университета в Монпелье. В Женеву он возвращается в сорокалетнем возрасте, уже профессором ботаники и членом университетского совета.

Рис. 7. Цветочные часы Карла Линнея основаны на способности различных цветков открываться и закрываться в определенное время дня.

Большую часть своей жизни Декандоль посвятил разработке естественной системы классификации растений, введя в нее новые по сравнению с системой Линнея принципы разделения растений. Он предложил теорию, согласно которой всей природой управляют четыре главные силы: притяжение, сродство, жизненная сила и чувствительность. Именно эти силы и ответственны за те явления, которые изучают физика, химия, физиология и психология. Среди этих пространных областей наибольший интерес для Декандоля представляла физиология растений. Изучение ее проблем он посвятил большинство своих исследований. К концу жизни ученый написал ставший классическим трехтомный труд «Физиология растений», в котором мы находим описание его собственных исследований суточных движений у растений. Эти исследования добавили многое к тому, что наблюдали де Мэран и Дюамель.

Подобно своим соотечественникам, Декандоль начал исследования с наблюдений над чувствительными растениями. Поскольку он придавал большое значение линнеевской классификации, для него стало законом при описании материала, с которым приходилось работать, давать растениям полное название — родовое и видовое, — например Mimosa pudica (мимоза стыдливая). Своими наблюдениями Декандоль подтвердил результаты, полученные де Мэраном и Дюамелем, и, кроме того, доказал, что поникание и расправление листьев не зависят ни от температуры, ни от влажности (в пределах доступной в то время точности эксперимента), а явно связаны с восходом и заходом солнца. Следующий этап его исследований можно назвать действительно творческим.

Прежде всего он установил шесть ламп, которые одновременно и непрерывно освещали растения, так что интенсивность освещения приблизительно соответствовала освещенности в облачный день. С «точки зрения» этих растений ночь не наступала никогда. И тем не менее растения продолжали опускать листья на ночь, а по утрам поднимали их примерно в то же самое время, что и при нормальном чередовании дня и ночи. Но Декандолю удалось обнаружить одно очень важное отличие. Часы этих непрерывно освещаемых растений шли быстрее нормальных! Растения заканчивали свои суточные циклы не за 24 часа, а примерно за 22–22,5 часа. Такое поведение, как мы увидим дальше, очень характерно для живых часов, когда их лишают внешних временных ориентиров.

Затем Декандоль стал включать лампы на ночь и выключать их днем, так что растения освещались по ночам и были лишены света днем. Это несколько сбило растениям ритм, но не надолго. Постепенно они вошли в фазу с новым ритмом чередования света и темноты: опускали листья в соответствии с предлагаемой им ночью и поднимали их, когда включение ламп заменяло им наступление рассвета. Вскоре растения полностью перешли на новый режим и точно выдерживали его.

Продолжая свои наблюдения, Декандоль обнаружил, что поведение других чувствительных растений сходно с поведением Mimosa pudica, хотя и менее четко выражено. Но в то же время некоторые растения, например два вида кислицы, отказывались перейти на обращенный режим освещения. По-видимому, решил Декандоль, разным видам растений требуется разная интенсивность освещения для изменения их привычной реакции на чередование света и темноты. В публикациях Декандоля нет никаких других суждений на этот счет, однако в следующих главах мы увидим, насколько точными были его предположения.

Следуя по пути накопления знаний о ритмах у растений в строго хронологическом порядке, мы должны были бы теперь обратиться к работам о движении растений, принадлежащим Чарлзу Дарвину, которые были выполнены им уже в преклонном возрасте. Но место Дарвина в науке столь велико, что этот материал выделен нами в отдельную главу, чтобы показать работу Дарвина о суточных движениях листьев в соответствии с ее значимостью. А пока мы посмотрим, насколько движение крохотных морских червячков, живших в стеклянной пробирке в Париже, точно соответствовало подъему и спаду прилива в устье Сены.

Имени Жоржа Бона вы не встретите в биографических справочниках деятелей науки. И тем не менее он сделал удивительное открытие, которое почти на полстолетия предвосхитило одну из самых поразительных работ по ритмам у морских организмов.

Оставив Париж в конце июля 1903 года, Жорж Бон провел более месяца на берегах Ла-Манша возле устья Сены, наблюдая за поведением Convoluta roscoffensis (это маленький морской плоский червь, который живет в песке на морском берегу и имеет ярко-зеленую окраску, вызванную присутствием в его тканях симбиотических водорослей). Давайте отправимся в университетскую библиотеку и откроем том Трудов Парижской академии наук за 1903 год. Там на странице 756 мы увидим сообщение «О ритмических движениях Convoluta roscoffensis», выполненное Жоржем Боном и представленное Академии Эдмоном Перье.