Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени

Большая часть генов кодирует структуру белков, выполняющих определенные функции внутри самой клетки. Белки входят в состав молекул, катализируют метаболические реакции и обеспечивают репарацию внутренних дефектов. Два гена, ответственных за работу циркадных часов, кардинально отличаются от структурных генов – они кодируют структуру двух видов белков, которые накапливаются в цитоплазме и в конечном итоге возвращаются обратно в ядро, где соединяются с активаторами исходных генов, препятствуя их экспрессии. Вкратце говоря, клеточные часы состоят из намного большего числа компонентов, чем пара генов, обладающих способностью самопроизвольно прекращать экспрессию при содействии различных медиаторов. Архитектор, о котором мы говорили, не просто посылает чертежи – послания, запечатанные в бутылки, адресованы будущему. Когда в море наберется достаточное количество бутылок, послание достигнет адресата и скомандует: «Пора вздремнуть».

Когда архитектор спит, гены внутренних часов стоят, синтез белка прекращается. Белковые молекулы, синтезированные ранее, растворяются в цитоплазме. Больше они не просочатся в ядро, и гены, которые ранее были блокированы, возобновят экспрессию и продолжат издавать приказы о синтезе белков. Процесс носит циклический характер – именно этого и добивался естественный отбор. При этом примечательно не то, что производится в течение цикла (вся продукция носит умозрительный характер – ничего вещественного), а сроки его реализации: прохождение полного цикла, которое запускается в момент первой активации генетических часов, затем останавливается и запускается снова, занимает в среднем двадцать четыре часа. В результате продуктом цикла становится не молекула, а определенный промежуток времени. В сердечной ткани эндогенные часы генерируют ритм в результате неспешной беседы ДНК клетки и протеин-синтезирующих структур, которая тянется около двадцати четырех часов. Внутренние часы тикают в такт своему ритму, даже если их хозяин, будь то человек, мышь, дрозофила или цветок, сутками удерживается в темноте. В силу того, что цикл генетических часов не в полной мере совпадает с суточным циклом, расхождение циркадных ритмов с астрономическим временем будет усиливаться с каждым днем. И напротив, регулярное пребывание на солнце обнуляет эндогенные часы и производит регулировку по астрономическому времени. В диалоге ДНК клетки и протеин-синтезирующих структур солнечный свет играет роль круглосуточного модератора – не вмешиваясь в разговор ежесекундно, он направляет беседу в нужное русло.

ВНУТРЕННИЕ ЧАСЫ ТИКАЮТ В ТАКТ СВОЕМУ РИТМУ, ДАЖЕ ЕСЛИ ИХ ХОЗЯИН, БУДЬ ТО ЧЕЛОВЕК, МЫШЬ, ДРОЗОФИЛА ИЛИ ЦВЕТОК, СУТКАМИ УДЕРЖИВАЕТСЯ В ТЕМНОТЕ

Современная наука почерпнула большую часть сведений о циркадных часах из трудов по зоологии. В 1950-х годах Сеймур Бензер и Рональд Конопка произвели серию экспериментов с дрозофилами, ставших классикой биологической науки: опытным путем было установлено, что у плодовых мушек наблюдаются четкие околосуточные периоды активности. Более того, у некоторых лабораторных линий дрозофил продолжительность суточного цикла не равнялась строго двадцати четырем часам. Иногда расхождения были незначительными, иногда – довольно существенными. В результате скрещивания линий и последующей подстройки генетических параметров под единый стандарт биологи выявили гены, отвечающие за циркадные ритмы, и разработали базовую модель внутренних часов. Два гена, получившие названия per и

tim (от англ. period

– «период» и timeless – «безвременный»), кодируют структуры двух белков, соответственно названных PER и TIM. Далее два вида белков объединяются в одну молекулу; когда в цитоплазме набирается критическая масса данных молекул, они начинают поступать в ядро, подавляя экспрессию генов per и tim.