Солнечный луч

Окончательное решение вопроса о природе и месте расположения биологических часов — впереди. Но уже сегодня можно дать научное объяснение устройству внутриклеточного механизма отсчета времени. Очевидно, самым первым клеточным ритмом было чередование периодов синтеза, самоудвоения молекул ДНК. Это единственные молекулы, способные к самоудвоению, и повторение циклов их воспроизведения могло служить первичным способом отсчета времени. Роль биологических часов могут играть и другие циклические внутриклеточные процессы, отличающиеся короткой периодичностью. Некоторые ученые придают главное значение энергетическим процессам (зарядке и перезарядке клеточных мембран), физическим колебаниям типа объединения молекул в комплексы и их разъединения, движениям частиц в протоплазме, разнообразным химическим реакциям. Известно, например, что многие внутриклеточные реакции обмена веществ замедляются и приостанавливаются, когда накапливается большое количество конечных продуктов этой реакции. Механизм отрицательной обратной связи обеспечивает волнообразное течение биохимических реакций, ритмичное колебание их активности вокруг средней величины. Такие реакции пригодны для отсчета времени.

Каждая клетка обладает подобного рода биохимическими хронометрами. У одноклеточных и растений этим дело ограничивается. У животных же образуется одна какая-то группа клеток, берущая на себя роль ведущего регулятора ритмов, главных часов организма. У млекопитающих и человека такой «пульт управления» ритмами расположен, по-видимому, в подкорковых центрах мозга: зрительном бугре, подбугровой и сетчатой областях и в гипофизе. Суточная периодичность жизненных функций у животных с удаленными полушариями головного мозга сохраняется полностью. Находящиеся в подбугровой области центры углеводного, жирового, водно-солевого обмена, температуры тела оказывают синхронизирующее влияние на все клетки организма через вегетативную нервную систему и железы внутренней секреции, которыми управляет гипофиз. Чем выше уровень организации, тем точнее работают биологические часы, ближе циркадный ритм к суточному, тем труднее его сдвинуть.

Наряду с циркадным ритмом существуют и более продолжительные жизненные циклы, зависящие от изменения длительности и силы освещения. К их числу относятся лунные, годичные ритмы и приливно-отливные ритмы, присущие многим обитателям прибрежных вод. По-видимому, в этих случаях единый механизм отсчета времени; одинаков и регулятор, и синхронизатор — свет. У растений свет воспринимается листьями, у животных — светочувствительными клетками кожи и сетчатки глаз.

Сезонные колебания освещения, температуры, влажности имеют чрезвычайно важное значение для всех органических видов, так как с ними увязывается цикл размножения организмов. Приспособленность живых существ к земным условиям жизни выражается, в частности, в том, что они выводят потомство, приступают к цветению и плодоношению в строго определенные, наиболее благоприятные для этого периоды. Растения короткого дня зацветают в период, когда длительность светового дня уменьшается, т. е. осенью. Растения длинного дня зацветают весной, на фоне удлиняющегося светлого времени суток. Под влиянием света в молодых зеленых листьях вырабатываются гормоны, способствующие зацветанию.

У животных с увеличением длительности дня тоже усиливается деятельность желез внутренней секреции, особенно половых, что благоприятствует весеннему размножению. Рождение потомства в этом случае приходится на теплое время года, и к наступлению холодов молодняк успевает обычно «стать на собственные ноги».

Итак, все живое на Земле, все жизненные процессы в теле бактерий и высших растений, инфузорий и человека совершаются ритмично, волнообразно. Каждый живой организм — это система, иерархия взаимодействующих, скоординированных, соподчиненных ритмов, от короткопериодических (исчисляемых долями секунды, минутами, часами) до суточных, лунных, годичных ритмов. Суточный, циркадный ритм, очевидно, основной из них. Синусоида, волнообразная кривая, описывающая эту суточную ритмику, очень проста. Но на каждом витке кривой, на каждом ее изгибе размещается несколько более мелких волн второго порядка. Более внимательный анализ позволяет выявить и волны третьего, четвертого, пятого порядков — все более мелкую рябь на гребнях волн. Непрерывная соподчиненность ритмов прослеживается и в другом направлении, т. е. суточная волнообразность накладывается на более медленные, но отличающиеся большей амплитудой месячные и годичные волны. В системе волн господствует четкая координация ритмов.