Часы внутри нас - [2]

При этом временные и пространственные стороны жизни настолько взаимосвязаны, что разделить их в биоритмологии не удается, и мы только условно говорим о временной динамике, подразумевая, что развитие процесса одновременно совершается и в пространстве. Как периодические волны моря оставляют на зыбком песке свой четкий след, так и на раковинах моллюска навсегда запечатляются резкие полосы — следствие его жизненных циклов.

Годичные кольца встречаются на деревьях, рогах животных, скелетах карбонатных водорослей и даже на чешуе рыб. А на некоторых ископаемых объектах обнаруживаются не только годовые, но даже и суточные циклы. Так, на морщинистом известковом покрове — эпитеке кораллов можно найти и просчитать своеобразные гребни или «струйки», число которых точно соответствует числу дней в году. Это позволило с величайшей точностью установить, что в кембрийском периоде год содержал не 365, как сейчас, а более 400 дней, в девонском он был равен 396, в каменноугольном и пермском 393 — 385, в юрском — 377 дней. Рассчитано, что длительность суток в девонскую эпоху была около 21 часа, а затем из-за замедления движения Земли (в основном лунным влиянием) достигла сегодняшней продолжительности в 24 часа.

Как видим, за природными сдвигами зорко следят живые организмы, сообразуя с ними свою ритмику — как многолетнюю, так и суточную. Очевидно, это и привело в процессе эволюции к выработке соответствующей цикличности биологических процессов.

Но каковы же глубинные механизмы образования ритмов биосферы? Оказалось, что у животных, растений и одноклеточных организмов существует весьма совершенный способ измерения времени, основанный на циклическом течении жизненных процессов. Причем в основе измерения времени лежат не одиночные импульсные «подсказки» со стороны внешних факторов (хотя и это влияет на ход биологических часов), а цепные процессы. Центральным звеном в этих процессах является упорядоченность химических реакций. Предполагается, что солнечный свет — смена дня и ночи — способствовал эволюции биоритмов за счет фотосинтетических, фотохимических процессов. Такую же роль могли играть и морские приливы-отливы. Вероятно, возникновение жизни было бы невозможно без формирования в простейших биологических системах колебательных химических и других процессов с их упорядоченностью времени. Биоритмы разной периодичности способствуют регуляции функций организма. Их наличие создает возможности приспособления к множеству циклических изменений во внешней среде, то есть позволяет организму легче адаптироваться к среде. Химический механизм может быть наиболее вероятной основой организации чувства времени, то есть речь идет не о физическом, как мы привыкли считать, глядя на маятник часов, а о химическом метрономе.

Какие же конкретные химические процессы обеспечивают ход наших внутренних часов?

За тысячелетия цивилизации человечество изобрело множество счетчиков времени. Сегодня в службе времени предпочтение отдается атомным часам, которые отстают не более чем на одну секунду за три тысячи лет. Это время продиктовано молекулами и атомами. То есть ритм движения времени в природе связан с самой основой существования материи — атомом. А нет ли чего подобного и в основе биологических часов?

Оказывается, еще в IX веке существовали хронометры, которые состояли из двух спирально перевитых кусков каната, пропитанных пчелиным воском и свечным салом. Эти куски горели с постоянной скоростью, так что на сжигание определенной их части уходило практически одно и то же время. Соответствующая разметка позволяла довольно точно различить отрезки времени в 20 минут.

Чарлз Эре из Аргонской лаборатории при Комиссии по атомной энергии США сопоставил в 1967 году эти часы с моделью ДНК, имеющей подобную же двойную спираль. Как известно, структура нуклеиновых кислот — носителей наследственных признаков — была открыта Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1952 1953 годах, за что они совместно с М. Уилкинсом были удостоены Нобелевской премии по медицине в 1962 году.

Давайте вспомним кратко строение нуклеиновых кислот. ДНК представляет собой две закрученные в виде спирали нити, построенные из множества нуклеотидов. Прообразом ДНК может служить винтовая лестница, где «перилами» будут элементы ортофосфорной кислоты и углеводов, а соединения из органических оснований служат «ступеньками». РНК построена более просто — в виде одинарно закрученной полинуклеотидной спирали, которая, однако, способна «вкрапливать» небольшие участки двойной спирали — как бы отдельные пролеты лестницы.

Отличительной особенностью ДНК является способность к самовоспроизведению и сохранению генетической информации. Процесс репродукции сводится к разрушению водородных связей между основаниями двух закрученных нитей, в результате чего освобождается энергия для присоединения других подобных оснований. В этом процессе немаловажную роль играет физико-химическое состояние среды, равновесие ионной структуры клетки. Атомная решетка нуклеиновых кислот способна выбирать и ориентировать в пространстве находящиеся вокруг нее «заготовки». В результате при разделе нитей ДНК на две части каждая из них формирует новый цельный экземпляр, абсолютно идентичный исходной ДНК.