Страница 9 из 13
Занимаясь исследованиями роста растений и живых организмов различного уровня и работая в начале 20-х годов в Латвии, Гастон Бэкман сформулировал концепцию «органического времени» растений и животных. Итоги своих многолетних наблюдений он подвел позже, уже работая в Швейцарии. В своей книге «Рост и органическое время» он писал: «Рост лежит в корне жизни и является надежным выражением самой сущности жизни… Возможность предсказания событий течения жизни из роста заключается в знании того, что организмы обладают своим собственным временем, которое я обозначаю как “органическое время”»[78]. Исходя из таких представлений, Гастон Бэкман на основании измерения скорости роста конкретного организма или особи на ранних стадиях роста мог достаточно точно спрогнозировать время жизни и определенных характеристики развития этого организма или особи. Эти исследования продолжил позже советский латвийский биолог А.М. Мауринь, который выявил корреляцию скорости роста проростков абрикоса в ботаническом саду Латвийского университета и их скороплодностью[79].
Значение длительности фаз развития на ранних стадиях жизни была показано также на других живых объектах – различных животных в исследованиях коллектива под руководством Т.А. Детлаф в институте биологии развития им. Н.А.Кольцова в Москве. Эти исследования позволили выбрать в качестве меры времени, сопоставимой у большинства из них, продолжительность одного митотического цикла в период синхронных делений дробления, обозначенную символом То. Продолжительность То равна интервалу между появлением одноименных фаз митоза двух последовательных делений дробления. Это собственное время было близким у родственных организмов и также позволяло делать определенные прогнозы как в развитии популяции организмов, так и при изучении влияния на них различных воздействий[80]. Известный советский биолог А.А.Нейфах высказал также предложение называть эту величину детлафом[81].
Наряду с неравномерностью «векторного» биологического времени, связанного с бренностью жизни живых существ, особенностью этого вида времени является наличие разнообразных биологических ритмов, которые являются формой темпоральной организации большинства биологических процессов[82]. Для животных и других многоклеточных организмов основным таким ритмом является около суточный ритм, ритм сна и бодрствования, который коррелирует и с ритмом деления большинства растущих клеток организма[83]. Важно отметить, что околосуточные (циркадианные) ритмы характерны и для многих, если не большинства физиологических функций организма, включая и выработку различных гормонов и иных внутренних продуктов. С другой стороны, суточный ритм характерен и для уровня устойчивости организма к разнообразным внешним воздействиям, включая чувствительность к ядам или действию ионизирующей радиации[84].
Вместе с околосуточными в организме выделяют также ультра-дианные ритмы – ритмы длительностью меньше суток, например – концентрация внимания, уменьшение болевой чувствительности вечером, процессы секреции, цикличность фаз, чередующихся на протяжении 6-8-часового нормального сна у человека. Двигаясь еще дальше, к меньшим периодам, мы увидим околочасовые ритмы, в частности, ритмы синтеза белка, приводящие и к околочасовым ритмам изменения клеточных размеров в одноклеточных культурах[85]. Еще более кратким является ритм дыхания человека и животных – несколько минут, и, наконец, околосекундный ритм сокращений сердечной мышцы. В близких интервалах частот лежат и ритмы активности коры головного мозга.
Разнообразны и так называемые инфрадианные ритмы, к которым относят все биоритмы длительностью более суток. Среди наиболее известных из них является менструальный цикл у женщин, а также окологодовые циклы активности (крайним случаем которых является цикл «спячка-бодрствование» у некоторых животных). В некоторых исследованиях – уже исключительно на примере человека – показывается наличие циклов творческой активности с периодом около семи лет[86].
Если же обратиться к популяциям организмов, то мы выходим на разнообразные ритмы возникновения эпидемий, заболеваемости различными болезнями, а также урожайности сельскохозяйственных растений, которые хорошо коррелируют с 11-летним циклом солнечной активности[87].
Вопрос о происхождении, природе этих разнообразных ритмов является предметом горячих дискуссий ученых. В дискуссиях обсуждаются две основные гипотезы – об эндогенном (внутреннем) и экзогенном (внешнем) источнике биоритмов. Господствующей в настоящее время является точка зрения о том, что чем короче период биоритма, тем большую роль играют собственные биологические процессы и химические реакции организма. Как известно, циклические реакции были обнаружены в начале пятидесятых годов даже для случая химические реакций (реакция Белоусова-Жаботинского)[88]. С другой стороны, экзогенные факторы – например, чередование дня и ночи для околосуточных ритмов, цикл зима-лето для окологодовых, солнечная активность для многолетних – могут играть важную роль синхронизаторов собственных ритмов биологических систем.
Отметим, что тезис о влиянии солнечной активности на биологические процессы кажется сегодня чрезмерным для многих биологов, хотя такое научное направление как гелиобиология, трактуемое как раздел биофизики, нашло отражение ещё в Большой советской энциклопедии. Как известно, основоположником гелиобиологии является российский и советский ученый и мыслитель А.Л.Чижевский, еще в первой трети прошлого века на большом статистическом материале показавший наличие достоверных корреляций ритмических изменений многих биологических процессов на популяционном уровне с 11-летним циклом солнечной активности[89]. В качестве механизма влияния изменений солнечной активности на биологические процессы сегодня рассматриваются колебания электромагнитного поля Земли, выведенного из равновесия потоками заряженных частиц, выбрасываемых «неспокойным» Солнцем, и достигающих земной орбиты, которые, в свою очередь, взаимодействуют с электромагнитными характеристиками живых объектов, выводя их из равновесия. Эти представления получили подтверждение и в работе современных исследователей[90].
Отметим здесь, что некоторые из этих циклов настолько стабильны (при условии стабильности окружающей среды), что используется даже выражение «биологические часы» – как способ оценивать периоды времени по изменению конкретных функций организма[91]. Примером является способность некоторых людей просыпаться в точно заданное ими самими время. Другим хорошо нам всем знакомым примером биологических часов (для горожан – по крайней мере, из детских сказок), является утреннее пение петуха.
Для наглядности представим здесь таблицу корреляции био- и гидросферных процессов и состояния земного электромагнитного поля.
Таблица 2.
Био- и гидросферные процессы и электромагнитное поле
(Таблица основана на таблице из статьи А.Д.Арманда с нашим добавлением (помечено *)
78
Backman G. Wachstum und Organische Zeit. Leipzig. 1943. P. 177–178 (цит. по: А.М. Мауринь. Концепция органического времени Г. Бакмана и опыт ее применения. // Конструкции времени в естествознании: на пути к пониманию феномена времени. М.: Москов. ун-т, 1996. С. 83).
79
А.М.Мауринь. Концепция органического времени Г. Бакмана и опыт ее применения. // Конструкции времени в естествознании: на пути к пониманию феномена времени. М.: Москов. ун-т, 1996. С. 83–95; Мауринь А.М. Становление концепции биотемпорализма // Темпоральные аспекты моделирования и прогнозирования в экологии. Рига. 1986. С. 3–30.
80
Т.А. Детлаф. Часы для изучения биологических закономерностей развития животных. // Конструкции времени в естествознании: на пути к пониманию феномена времени. М.: Москов. ун-т, 1996. С. 135–152.
81
Нейфах А.А. Сравнительное радиационное исследование морфогенетической функции ядер в развитии животных //Ж. общ. биол. 1961. Т. 22. С. 42–57.
82
Биологические ритмы / под ред. Ю. Ашоффа. – М.: Мир, Т. 1–2, 1984.
83
Губин Г. Д., Герловин Е. Ш. Суточные ритмы биологических процессов и их адаптивное значение в онто- и филогенезе позвоночных. – Новосибирск: Наука, 1980.
84
Гущин В.А. Пострадиационная кинетика клеток млекопитающих в свете новых представлений о жизненном цикле клеток. Автореф. дисс. доктора биол. наук. – СПб, 1996; Токалов С.В. Изменения клеточного цикла при лучевом поражении и канцерогенезе. Автореф. дисс. докт. биол. наук, СПб. 1994.
85
Бродский В.Я., Нечаева Н.В. Ритм синтеза белка. М., Наука, 1988.
86
Пэрна Н. Ритм, жизнь и творчество / Под ред. П. Ю. Шмидта – Л.-М.: Петроград, 1925.
87
Чижевский А.Л. «Земное эхо солнечных бурь»: М., Мысль, 1976. – 367 с.; Чижевский А.Л. Космический пульс жизни: Земля в объятьях Солнца. Гелиотараксия. – М.: Мысль, 1995; Чижевский А. Л. Земля в объятиях Солнца. – М.: Эксмо, 2004.
88
Жаботинский А.М. «Периодический ход окисления малоновой кислоты в растворе» (исследование кинетики реакции Белоусова), Биофизика, 1964, т. 9 стр. 306–311; Жаботинский А.М, «Концентрационные автоколебания». М., Наука, 1974. О истории открытия этой реакции см.: С.Э. Шноль. Б.П. Белоусов и его колебательная реакция, http://www.znanie-sila.ru/projects/issue_87.html
89
Чижевский, 1976.
90
Бараш С.И. Космический «дирижер» климата и жизни на Земле. – СПб.: «Пропо», 1994; Кауров Э. Человек, Солнце и магнитные бури. // "Астрономия" РАН. 19.01.2000 г. http://science.ng.ru/astronomy/2000-01-19/4_magnetism. html; Рагульская М.В., Чибисов С.М. Этапы развития гелиобиология – от работ А.Л.Чижевского до современности // Научн. труды VIII Международ. конгресса «Здоровье и образование XXI веке. Концепции болезней цивилизации», 14–17 ноября 2007 г. – М.: РУДН, 2007. С. 520–523.
91
С.Э. Шноль. Биологические часы (краткий обзор хода исследований и современного состояния проблемы биологических часов) // Соросовский образовательный журнал, 1996, № 7, с. 26–32. www.chronos.msu.ru/RREPORTS/shnol_biologicheskie.pdf