Изучение ритмов у живых организмов (кроме человека)

Более 250 лет назад французский астроном Жан-Жак Д'Орту де Мерин, заметив, что цветок гелиотропа раскрывается днем и закрывается ночью, решил проверить, обусловлено ли движение лепестков реакцией на свет и темноту. Он спрятал растение в темную комнату и начал наблюдать за ним. Оказалось, что цветок не только продолжал раскрываться и закрываться в отсутствие света, но его цикл в точности соответствовал смене дня и ночи. Астроном пришел к и выводу, что ритмы растения контролируются каким-то внутренним механизмом.

Цветы с такой пунктуальностью ежедневно раскрывают и закрывают свои лепестки, что Карл Линней спроектировал цветочные часы, состоящие из различных видов цветущих растений которые распускались поочередно от 6 часов утра до Ъ часов вечера.

Простые организмы

Водоросли, осуществляющие свои циклы на песчаных пляжах залива Кейп-Код, состоят всего лишь из одной клетки. Следовательно, механизм, ответственный за циркадианные ритмы их активности, должен находиться внутри клетки. Однако и по сей день все попытки идентифицировать (в анатомических или функциональных понятиях) пейсмейкер или хотя бы какую-то его часть не увенчались успехом. Водоросль подвергали воздействию высоких температур или потенциально разрушительных химикалий, но она упорно продолжала делать свое дело.

У другого одноклеточного организма — Сопуаи1ах — наблюдаются четыре различных циркадианных ритма, затрагивающих соответственно четыре функции: фотосинтез, люминесценцию, раздражимость, клеточное деление.

Определяются ли эти ритмы одним и тем же пейсмейкером или четырьмя различными? Ответ на этот вопрос пока не получен. Даже после удаления клеточного ядра микрохирургическим способом ритмы сохраняются.

Птицы и млекопитающие

При изучении поведения птиц одним из очевидных вопросов является вопрос о том, что служит пусковым механизмом их сезонных миграций. Что ощущают птицы: то, что дни становятся короче, или то, что температура постепенно снижается?

Для того чтобы выяснить это, ученые вынули весной только что оперившихся птенцов пеночки из европейских гнезд и разделили их, на четыре группы. Одна группа осталась в естественных условиях (рис. 1, график а). Вторую поместили в лаборатории, расположенной неподалеку от мест обитания птиц, но в условиях постоянной температуры (11,6 °С) и чередующихся 12-часовых периодов света и темноты (рис. 1, график б). Две оставшиеся группы были самолетом перевезены в Африку, в места их зимовки, причем одну из них (рис. 1, график е) содержали здесь в тех же лабораторных условиях, что и вторую европейскую группу, а другую (рис. 1, график г) оставили жить в природных условиях. Оказалось, что у всех четырех групп сохранился один и тот же годичный цикл поведения. Где бы они ни находились, весной и осенью у них проявлялись признаки миграционного беспокойства (ночная активность, не характерная для других сезонов), а в промежуточные периоды происходила смена оперения. Этот основной ритм, по-видимому, определялся каким-то внутренним механизмом.

Другой ультрадианный цикл поведения, свойственный многим млекопитающим, — это зимняя спячка. Золотистый суслик, коренной житель Скалистых тор, на время суровых зим впадает в спячку. В лаборатории в условиях постоянной температуры (как при 0°С, так и при обычной комнатной температуре) и чередующихся 12-часовых периодах света и темноты суслики все-таки в сентябре-октябре начинали больше есть и набирали вес, а затем впадали в спячку, причем температура тела у них снижалась почти до 0°С. Весной они просыпались, приступали к еде и становились подвижными. Этот годичный цикл для золотистого суслика, по-видимому, генетически запрограммирован. Действительно, зверьки, родившиеся и выращенные в лаборатории при постоянных световых и температурных условиях, обнаруживали характерные циклы поведения на протяжении трех лет.