Душевное здоровье

Управление биологическими часами

Живые организмы на протяжении тысячелетий приспо­сабливались к периодически изменяющимся факторам воз­действия внешней среды, поэтому их биологические часы идут в соответствии с природными изменениями. Изучая биологические ритмы, исследователи делали попытки вы­яснить, имеют ли живые организмы внутренние биологи­ческие часы, идущие независимо от внешних условий? Для этого организмы помещали в условия непрерывной темноты или постоянного освещения и наблюдали за ходом их внутренних часов. На многочисленном эксперименталь­ном материале ученые убедились, что у живых организмов существуют внутренние биологические часы, независимые по своей природе от внешних условий.

Для познания природы и механизма работы биологи­ческих часов в живых организмах необходимо знать, на­сколько устойчив ход биологических часов при искус­ственном изменении внешних факторов воздействия (на­пример, при чередовании света и темноты).

Вначале ис­следования проводились на растениях. Было установлено, что в условиях непрерывного освещения ярким светом многие биологические ритмы постепенно исчезают. Немец­кий исследователь Э. Бюннинг еще в 1931 г. показал это на примере суточного движения листьев фасоли. Листья растения, привыкшего к нормальному чередованию дня и ночи, в непрерывной темноте сохраняли свое суточное движение. Однако в условиях непрерывного яркого осве­щения листья переставали двигаться. Такие же резуль­таты дали наблюдения и над различными ритмами дру­гих организмов.

Что же является причиной исчезновения видимого су­точного ритма у растения при непрерывном ярком освеще­нии - потеря синхронности в работе клеток или же потеря

51ритма каждой клеткой в отдельности? Этот вопрос изуча­ла американская исследовательница Б. Суини на одно­клеточной морской водоросли, так как у нее обнаружено сразу несколько ритмов клеточного деления, люминесцен­ции и суточного фотосинтеза. При исследовании работы биологических часов у водоросли использовались уже хо­рошо изученные биохимические реакции.

Суини установила, что в суспензии клеток водоросли, долго освещаемой ярким светом, все ритмы исчезают, хотя растение продолжает размножаться. Одиночные клет­ки водоросли сохраняли ритмы, которые свойственны водо­росли в целом.

Дальнейшие исследования ритма движения листьев у некоторых растений показало, что действие яркого света может не только подавлять их ритм, но и преобразовывать, его. Были установлены некоторые закономерности дви­жения листьев в зависимости от длительности освещения. Так, например, обычный 28-часовой цикл уменьшался до 18 час. (темновой и световой периоды цикла делались равными).

Как показали опыты, растение усвоило 18-часовой цикл. Однако после помещения его в темноту 28-часовой цикл вновь восстановился. Экспериментально было опре­делено, что фазы цикла фасоли можно сместить на 2- 8 час. Ритм движения листьев легко переводился на 20-, 22- и 24-часовой цикл при равном чередовании периодов света и темноты.

В экспериментах Бюннингу не удалось надолго навя­зать растениям не свойственные им циклы движения ли­стьев даже тогда, когда материнское растение, а потом и рассада, содержались в необычных условиях освещения. В тех же случаях, когда циклы делались короче 18 час. (например, 16 или 14 час.), растение не реагировало на новое воздействие светом и сохраняло прежний 28-ча­совой цикл.

Бюннинг обнаружил, что растение не имеет ритмов движения листьев, если оно выросло в полной темноте и при постоянной температуре. Однако воздействие одиноч­ного раздражения, например кратковременного освещения, вызывало у растения присущий ему 28-часовой цикл. И наоборот, если растение выращивалось на свету, то для пуска биологических часов его необходимо было выдер­жать в темноте на протяжении 9-10 час. Прерывистое воздействие темноты такой же длительности не вызывало ритма движения листьев.

Одиночным раздражителем, запускающим ход биоло­гических часов растений, служило суточное изменение температуры в пределах от 25 до 30°С (даже в том случае, если растение находилось в непрерывной темноте или при постоянном освещении).

Механизм внешнего раздражения, запускающего био­логические часы, как полагает Бюннинг, заключается в том, что он синхронизирует ритмы в разных клетках ра­стения, т. е. создает условия для совпадения фаз коле­баний в клетках.

Растения не имеют центра управления их биологиче­скими ритмами, поэтому каждому листу путем навязыва­ния новых световых и темновых периодов можно придать свой ритм движения, независимый от движения других листьев. Восстановить их прежний синхронный ритм мож­но при помощи одиночного воздействия сильным светом. Полное восстановление наступает обычно через 17 час. после воздействия светом. В этот момент ритм движения листьев наиболее выражен. Внешне он проявляется в макси­мальном опускании листьев. Это будет повторяться ровно через сутки, а затем через двое суток. Растение как бы «запоминает» наибольшую реакцию на свет.

Опыты показали, что эффект управления биологиче­скими ритмами растения зависит от разницы в освещен­ности во время световой и темновой фазы воздействия. Наибольший результат достигается, если в темновой фазе полная темнота, а в световой - яркий свет (освещенность в 200 лк).

Изучение управления ритмами растений проводилось не только при помощи световых воздействий, но и при изменении температуры окружающей среды. С этой целью растения выращивались при постоянной температуре и естественном ритме света и темноты,