Биологические часы

Общеизвестно, какое важное значение имеет для живых организмов временная ритмика. Все живое, от самых примитивных до высокоорганизованных существ и человека, обладает чувством времени, так называемыми биологическими часами. У некоторых животных и насекомых это чувство развито чрезвычайно сильно.

При исследовании и моделировании биологических систем для полного понимания сущности протекающих в них процессов необходимо учитывать наличие биологических часов. Без этого многое остается неясным при изучении, например, навигаторских способностей птиц, насекомых и рыб.

Если всегда в одно и то же время ставить в окрестностях улья блюдечко со сладким сиропом, то пчелы запоминают это время и каждый день без опозданий прилетают к блюдечку. Даже после внезапного похолодания и проливных дождей пчелы, переждав в улье непогоду, вновь летят к своей "столовой", притом точно в те же часы.

Подавляющее большинство насекомых ежегодно выходит из куколок в одно и то же время, иногда с точностью до одного часа. Строго в определенное время насекомые питаются, роют норки, спят, охотятся, выводят потомство и даже стрекочут. Все это свидетельствует о том, что в организме насекомых происходят какие-то физиологические и биохимические процессы, согласованные по цикличности с движением солнца.

Едва вылупившаяся из яичка личинка насекомого уже пользуется такими врожденными часами, приспособляя к ним свой режим. Интересно, что насекомое, развившееся из личинки, которая родилась и развивалась исключительно в темноте или при непрерывном освещении, лишено чувства времени. Однако стоит такое насекомое хоть раз осветить (если его держали в темноте) или погрузить в темноту (если оно развивалось при непрерывном освещении), как биологические часы начнут действовать - ритм восстановится.

Были сделаны и такие опыты: насекомых в течение 8 часов освещали, а затем 8 часов держали в темноте. Вскоре ритм их жизнедеятельности перестраивался на 16-часовой. Можно таким образом перестроить биологические часы на асимметричные сутки (скажем, 25-минутный "день" и 7-часовая "ночь"), заставить их спешить или отставать на любое время против солнечного.

Биологические часы нечувствительны к изменениям температуры, если эти изменения не выходят за определенные рамки. При охлаждении насекомых до 0° С их биологические часы "останавливаются". Если затем насекомых отогреть, часы вновь "пойдут", но с отставанием, равным времени анабиоза.

Свой "патент" на биологические часы насекомые получили в "соавторстве" со многими видами животных, птиц и растений. Большинство жизненно важных процессов в живой природе связано с солнечным светом и теплом, причем ритмическое чередование дня и ночи является в принципе самым резким изменением внешней среды. Возникновение, развитие, существование всего живого на земле происходит в условиях ежесуточного чередования дня и ночи, поэтому основные отправления живых организмов приурочены к суточным временным периодам. Живая природа подчиняется и более крупным масштабам времени - вплоть до сезонных и годовых. Но самым главным остается суточный ритм.

"Заводкой" и синхронизацией биологических часов в организмах руководит центральная нервная система, мозг, при помощи гуморальной связи, то есть через железы внутренней секреции, выделяющие в кровь особые вещества - гормоны. В настоящее время известно около 40 важных психофизиологических процессов, ритмом которых управляют гормоны. Некоторые ученые считают, что главную роль в этом играют адреналин и меланофорный гормон гипофиза. Свет стимулирует деятельность симпатической нервной системы, которая заставляет выделяться в кровь адреналин. Темнота, возбуждая парасимпатические нервы и гипофиз, увеличивает выработку меланофорного гормона. Совпадающие по времени с движением солнца изменения концентрации этих гормонов в крови синхронизируют все процессы в организме, подчиняя их 24-часовому циклу. Кроме того, нервно-гуморальная система определяет множество подциклов - часовых и минутных. Но свет (или его отсутствие) остается в роли главного регулятора и стимулятора процессов жизнедеятельности.

Механизм действия биологических часов насекомых несколько отличен от описанного, присущего в основном позвоночным. Существует гипотеза, что им ведают особые клетки в некоторых нервных узлах, однако достаточно ясного представления на этот счет в науке пока еще нет.