Беседы о бионике - [51]
Почему же происходят все эти чудесные превращения? По мнению многих специалистов, растения и животные как бы "наследуют" календарную память своих далеких предков, получают от них эстафетную палочку физиологического ритма. Этот древний, врожденный физиологический ритм, обусловленный свойствами самого организма и его наследственностью, называют эндогенным ("эндо" — производное от греческого слова "endon", что означает "внутри", "внутренний") в отличие от экзогенного ("экзо" — "ехо" — "внешний") ритма, определяемого чисто внешними условиями.
Эти фундаментальные понятия станут яснее, если обратиться, например, к следующему опыту, проделанному недавно американской исследовательницей П. де Курси. Белки летяги, ведущие ночной образ жизни, помещались в индивидуальные клетки с колесом и содержались в полной темноте. При этом активность каждой летяги, проявляющаяся во вращении колеса, регистрировалась самопишущим прибором. Опыт проводился в течение довольно продолжительного времени.
Рис. 1. Диаграмма активности (жирные отрезки) летяги в отсутствие внешних раздражителей. По вертикали — дни месяца, по горизонтали — часы суток
Ежедневные записи для каждого животного в конечном итоге сводились в общие графики (рис. 1), из которых можно было заключить, что ритмы активности у белок существуют даже в отсутствие периодически изменяемых внешних раздражителей — света или температуры, т. е. эти ритмы являются эндогенными. Удалось также определить и период ритма активности белок. Он оказался немного меньше 24 час (благодаря чему на графике несколько сдвигается начало активности).
Следует отметить, что физиологические ритмы, периодичность которых немного больше или меньше 24 час, т. е. ритмы околосуточные, довольно широко распространены в природе, и для обозначения их в научной литературе даже применяется специальный термин "циркадные" — "циркадные ритмы".
Например, установлено, что у растений есть внутренние часы с периодом 23 — 28 час, у животных — 23 — 25 час, причем среди них есть и особи, циркадный ритм которых в точности равен 23 час 54 мин и 4,09 сек.
Исследования показали, что суточные ритмы активности наблюдаются не только у многоклеточных растений и животных, но и у простейших одноклеточных существ (суточные ритмы фотосинтеза, деления и роста клеток у водоросли Gonyaulax). Циркадные ритмы обнаруживаются даже у отдельных кусочков ткани, вырезанных из организма и помещенных в питательный раствор. Все эти факты при их анализе невольно наводят на мысль, что ритмичность физиологических процессов, их периодичность — это неотъемлемое свойство каждого организма, вплоть до мельчайшей клеточки. Но подробнее об этом потом.
А сейчас расскажем об удивительных фактах и закономерностях суточных, лунных, приливных и сезонных ритмов у растений, животных и человека.
Многие из нас замечали, как шляпка подсолнечника поворачивается за Солнцем. Даже если небо закрыто тучами и не видно Солнца, шляпка все равно поворачивается с равномерностью часовой стрелки! А разве не удивительно, что москиты в Экваториальной Африке кусаются также "по расписанию" — часто всего полчаса в сутки. В зависимости от вида они могут кусаться в поздние сумерки, в полночь или рано утром. А обычные медоносные пчелы? Еще Белинг в 1929 г. установил, что их можно приучить летать к кормушке в определенное время. Причем опыт удавался даже тогда, когда улей и кормушка находились в закрытом помещении, днем и ночью освещенном искусственным светом. Значит ли это, что у пчел есть собственные часы? Но, может быть, пчелы способны даже в изолированном помещении узнавать время по Солнцу, пользуясь каким-то неведомым человеку чувством? И вот, чтобы решить этот вопрос, Реннер провел такой опыт. В Париже в изолированной камере с искусственным освещением пчел приучили прилетать за пищей в определенные часы. Затем улей перевезли на самолете в Нью-Йорк и опять поместили в камеру. На следующий день пчелы собрались у кормушки в обычные часы по парижскому, а не по местному времени. Значит, пчелы все-таки узнают время по внутренним "часам", а не по Солнцу!
Теперь о циркадных ритмах человека. Оказывается, в организме человека одновременно протекает более 40 физиологических процессов, для которых характерна суточная ритмичность. И не случайно ученые и в шутку и всерьез говорят, что одного и того же человека можно встретить только в определенное время разных суток. Суточный режим обмена веществ, определяемый по интенсивности дыхания и температуре тела, впервые был обнаружен в XIX веке, вскоре после введения в клинике термометров. Тогда же было обнаружено, что этот ритм сохраняется даже у людей, длительное время находящихся на постельном режиме.
Суточные ритмы дыхания и температуры тела человека отражают изменения уровня обмена веществ и представляют яркий пример циклических колебаний.
Как показали опыты, мышечная работа и даже положение тела могут изменить температуру тела. На протяжении суток у человека также наблюдаются изменения температуры тела. Например, наиболее высокой она бывает в 18 час, а самой низкой — между 1 — 5 час. При этом амплитуда колебаний температуры составляет 0,6 — 1,3°. Изменение режимов сна и бодрствования влечет за собой и изменение температурного ритма. У людей, постоянно работающих в ночную смену, часто наблюдается повышение температуры ночью.
