Зима. Секреты выживания растений и животных в самое суровое время года

Этот результат, и теперь и, наверно, даже тогда вполне банальный, был лишь подготовкой к настоящему эксперименту, в ходе которого Де Курси поместила летяг в клетках в условия постоянной темноты. Будут ли летяги бегать в таких условиях постоянно или спорадически? Как оказалось, ни то ни другое. К удивлению исследовательницы, все летяги бегали в колесе примерно

тогда же, что и раньше, в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи. Иными словами, летяга знает, когда пора просыпаться, поскольку, очевидно, ориентируется по внутренним часам. Однако скептики предполагали, что животные могли реагировать на какой-то неизвестный внешний, или экзогенный, сигнал, связанный с наступлением вечера, а не придерживаться старого режима, опираясь на внутреннее, или эндогенное, чувство времени.

В конце концов Де Курси с ее летягами удалось доказать, что их режим имеет внутренний

источник, и немалая ирония состоит в том, что самый веский довод вытекал как раз из небольших погрешностей во времени, которые допускали животные. Так, летяга номер 131 начинала бегать (в полной темноте) в среднем каждые 23 часа 58 минут плюс-минус 4 минуты, а другая в тех же условиях в том же помещении стартовала с запаздыванием на 21 минуту в день, то есть у нее цикл активности составлял 24 часа 21 минуту. Иными словами, при постоянной темноте у одного зверька сутки ежедневно сокращались на 2 минуты, а у другого на 21 минуту росли. Через десять дней бега «в свободном режиме» в полной темноте одна летяга просыпалась за 20 минут до того, как за стенами помещения наставал вечер, а другая опаздывала на 210 минут, то есть разошлась со внешним миром на 3,5 часа. Если бы оба животных ориентировались по экзогенным, или внешним, часам, они бы бегали как по общему сигналу – время у них бы совпадало.

Ход внутренних часов у летяги задают генетические механизмы, но, чтобы определить, когда будет считываться сигнал к началу активности, часы постоянно подстраиваются в соответствии с внешним стимулом. У летяг они синхронизируются со временем наступления темноты. Сегодня известно, что у дневных животных поступающий в глаза свет вызывает в шишковидной железе мозга снижение выработки мелатонина – регулирующего сон гормона, который обычно выделяется в соответствии с определенным ритмом, приблизительно (но не точно) по суточному графику. Поэтому таблетки с мелатонином и помогают перестроиться при смене часовых поясов. Летяге пришлось бы принимать таблетки по утрам. Когда Де Курси вновь ввела в условия содержания животных суточный цикл смены дня и ночи, сбившиеся зверьки, в темноте бегавшие «в свободном режиме», на следующий день вернулись к прежнему графику и стали бегать сразу после наступления темноты. Выходит, обычно летяги перестраивают внутренние часы под действием нормального цикла смены дня и ночи. Внешне кажется, что они просто реагируют непосредственно на темноту и свет, и без экспериментов ничего больше узнать об этом было бы нельзя. Де Курси, конечно, могла бы подождать и проводить наблюдения во время полных солнечных затмений. Но их было бы сложно повторить, так что не удалось бы быстро сделать выводы. Суть эксперимента в том, чтобы искусственно вызвать событие, а затем внимательно наблюдать за результатом.

Де Курси продемонстрировала действие внутренних часов просто, элегантно и неопровержимо. Своей работой она поставила точку в дискуссии о том, есть ли у млекопитающих циркадные часы, и открыла новую область в исследовании клеточных механизмов. Со времен экспериментов Де Курси 1950-х годов о циркадных часах многое стало известно, и эта информация постепенно приобретает все большее значение в медицине. Так, эффективная дозировка многих лекарств сильно зависит от времени приема относительно циркадного ритма пациента. Последние исследования позволили выявить ряд генов, которые стоят за молекулярными механизмами этого явления, а в качестве подопытных здесь теперь чаще всего выступают уже не летяги, а мыши и дрозофилы.

В организме у циркадных часов может быть множество применений. Например, они позволяют впадающим в зимнюю спячку наземным беличьим определять долготу дня, по которой животное узнает о смене времен года. Правильно реагировать на смену времен года очень важно для выживания зимой. На самом деле циркадные часы необходимы всем существам, которые каким-либо образом готовятся к зиме – окукливаются (насекомые), мигрируют (насекомые, птицы, некоторые виды млекопитающих) или залегают в спячку и готовятся физиологически (большинство северных организмов).