Содержание
Ритм как сама жизнь
Циркадные ритмы
Естественный ежедневный ритм
Перенос рождаемости на дневные часы
Испорченные биологические часы
Биологические часы и будущие внеземные путешествия
Циклы по временам года
Жизнь и ритмы морских приливов и отливов
Хронобиология и единорог
Одно из основных и наиболее загадочных свойств живой материи — подверженность ритмам. Ритмы наблюдаются у растений, у животных и не только во всем организме целом, но и в каждом отдельном органе и в каждой клетке каждого органа.
Ритм как сама жизнь
Эти ритмы, если взглянуть глубже, представляются настоящими биологическими часами, механизм которых регулирует всю жизнь целом. Живая материя обладает замечательной способностью разбивать время на равномерные периоды. Профессор Миннесотского университета Хальберг сказал:
«Ритм — это адаптация по времени, такая же основательная, как строение клетки в пространстве».
Такая адаптация нам хорошо знакома, когда речь идет о ритме дыхания или биения сердца. Но адаптация жизни к окружающей среде вызвала необходимость в упорядочении многих других «биологических часов».
Ритм для организма на любом уровне его развития — это условие его существования. Потеря ритма всегда чревата: нарушаются основные функции. Более того. Живой организм не может существовать, если ему сообщить ритм другого организма, не соответствующий тому, к какому он привык.
Чужой ритм может оказать на него действие, равносильное смертельной дозе яда. Очень показательны в этом отношении работы доктора Дженет Харкер из Кембриджского университета.
Из опытов, которые она проводила на таракане, можно сделать общие выводы. Проведя ряд искусных хирургических операций, Д. Харкер выяснила роль, какую играет в жизни таракана часть его подглоточного узла.
Если пересадить таракану железу от другого таракана, то первый начинает жить по ритмам второго. Сможет ли в этом случае организм «реципиента» приспособиться к чужому ритму? Это зависит от многого.
«Если пересадить часть подглоточной железы тараканов, жизнедеятельность которых происходит при нормальном ритме дня, — говорит Д. Харкер, — тараканам, чьи биологические часы работают в том же ритме, то тараканы — «реципиенты» будут пребывать в добром здравии.
Но если пересадка производится от тараканов — «доноров», чья деятельность считается нормальной, тараканам — «реципиентам», чьи внутренние чесы изменены и животные подчиняются прямо противоположным световым циклам, то этом случае все тараканы — «реципиенты» умрут от рака кишечника».
Согласованность между различными ритмами организма является, следовательно, жизненной необходимостью для каждого живого существа, и их нарушение — такая же серьезная болезнь, как расстройство функций какого-нибудь органа.
Однако в настоящее время у человека многие из его основных ритмов более или менее существенно изменены современной жизнью. Биологические ритмы превратились в ритмы цивилизации.
Это обстоятельство может иметь весьма тяжелые последствия, поэтому-то оно и привлекает к себе внимание ученых.
Циркадные ритмы
Один из наиболее важных ритмов в жизни человека и всех живых существ — это ежедневный ритм, вызванный вращательным, движением Земли вокруг своей оси.
Специалисты называют ритмы, вызванные чередованием дня и ночи, «суточными» или «циркадными» (околосуточными).
Ритм — дневная активность, ночной отдых — изменяет состояние нашего организма. У здорового человека артериальное давление и температура тела вечером выше, чем утром. В разное время суток вырабатываются различные гормоны. Митоз (клеточное деление) на протяжении 24 часов неравномерен.
Циркадные ритмы играют определенную роль в терапии. Замечено, что эффективность медикаментов различна в разное время суток: недостаточно дать хорошее лекарство в нужной дозировке, его еще нужно дать в наиболее подходящий момент дня.
В терапии появилось новое понятие — «часы наименьшей сопротивляемости организма». Психотропные вещества оказывают далеко не одно и то же действие в зависимости от часа их приема.
Яд, введенный мышам в 16 часов 30 минут, вызвал смерть 70 из 100 мышей. Та же доза того же яда, введенная в таких же мышей, но уже в 0 часов 30 минут, вызвала смерть только у 10 процентов подопытных животных.
Врачу теперь становится необходимо принимать в расчет суточную восприимчивость человека к медикаментам. То же самое наблюдается и при хирургических вмешательствах.
Было отмечено, что регенерация поврежденных органов различна в зависимости от часа операции, что клетки злокачественной опухоли делятся быстрее к полудню, чем ночью или вечером.
Отсюда понятен интерес, который представляет в глазах людей науки изучение суточных ритмов: в результате этого изучения, возможно, будет получена информация, дающая больному больше шансов на выздоровление.
Естественный ежедневный ритм
Природа, по данным статистики, распорядилась таким образом, чтобы больше всего детей рождалось на заре (диаграмма вверху). «Управляемые» роды изменили этот ритм. На диаграмме внизу, составленной по данным 1943 — 1957 годов, видно, что рождаемость «захватывает» и дневные часы.
Суточным ритмом мы связаны уже в момент появления на свет. Персонал родильных домов отлично знает, что ночью в определенные часы количество родов повышается. Больше всего рождается детей, как правило, к концу ночи или же в первые утренние часы. Почему?
Вылетев из Нью-Йорка в полночь, мосье Дюпон приземлился в Орли спустя 7 часов, то есть в то время, когда он обычно встает. Но самолет за время своего полета пересек 5 часовых поясов, и в Орли часы в это время показывали полдень. В организме мосье Дюпона была нарушена синхронность.
Мать обычно начинает ощущать первые боли к полуночи. Усталость за день и последующий сон вызывают общее ослабление, благоприятное для начала родовой деятельности.
Как продемонстрировал доктор Малек из Праги на более чем 500 000 случаев, женщина рожает ночью легче, чем днем, роды протекают быстрее, они более благополучны, менее болезненны.
Смерть, как и рождение, связана с 24-часовыми ритмами. Естественный ежедневный ритм смертей следует по кривой, которая достигает своей максимальной точки между 3 — 4 часами утра, затем постепенно падает и доходит до низшей точки к началу полудня.
Организм умирающего сопротивляется часть ночи, но на заре, обессиленный угасает. Одним словом, мы появляемся на свет и расстаемся с ним приблизительно в одни и те же часы.
Перенос рождаемости на дневные часы
По крайней мере так обстояло дело еще несколько десятилетий назад. Но за какие-то 20 лет статистики обнаружили, что их демографические данные находятся в несоответствии с «классическим» законом, согласно которому максимум рождений приходится на конец ночи.
Как же объяснить исчезновение прародительского ритма? Еще каких-нибудь 70 — 80 лет назад природа действовала самостоятельно. А теперь принимающий роды врач все чаще и чаще прибегает к помощи медикаментов, стимулирующих родовую деятельность.
Иногда схватки вызываются искусственным образом, и появление ребенка на свет становится полностью управляемым. Понятно, что такие вмешательства удобнее производить днем, а не ночью. И вот ритм рождений нарушен: естественный ритм уступает место медицинскому, когда большее число рождений приходится на день.
В современных родильных домах, где управление родами стало правилом, диаграммы рождений показывают почти полностью «пустые» часы — это часы раннего утра. Затем кривая постепенно идет вверх: два часа, предшествующие завтраку, — часы усиленного появления на свет.
Новое падение кривой совпадает с обеденным временем, затем к 16 часам кривая поднимается и держится на этом уровне до 20 часов, но не позднее. Никакого сомнения: дети рождаются в рабочее время.
Испорченные биологические часы
Технический прогресс идет наперекор нормальной работе наших часов. Не окажется ли в результате нарушенным их правильный ход, синхронность прародительского ритма наших функций?
В одном из номеров «Бюллетеня Академии наук» (Нью-Йорк) описаны симптомы болезни, которая вызывается путешествиями на самолетах дальних линий. Сейчас таким недугом чаще всего страдают деловые люди, политические деятели и кинозвезды. Но скоро это коснется всех остальных.
Вот что происходит с неким американским бизнесменом, который отправляется на самолете, скажем, в Грецию. Из Нью-Йорка он вылетает в 18 часов, перелет в Афины занимает 9 часов. Когда он туда прилетает, то местное время показывает 9 часов утра, тогда как в Нью-Йорке в это время было бы только З часа ночи.
Менее чем за половину суток бизнесмен пересекает пять часовых поясов. Когда он выходит из самолета, его организм работает по ритмам ночного времени, но об отдыхе не может быть и речи. Надо приступать к работе: он должен присутствовать на коктейле, затем на деловом завтраке и так до конца дня.
Тогда наш бизнесмен от нарушения синхронности ритмов заболевает. Первые симптомы болезни — усталость, апатия, упадок морального духа и особенно боли в желудке. На наших биологических часах перевести время не так легко, как на ручных.
Биологические часы и будущие внеземные путешествия
Подобные нарушения функций могут еще больше осложниться во время будущих внеземных путешествий. Оборачиваясь вокруг Земли, космонавты в течение одного дня несколько раз видят восход и заход солнца. По сообщениям американских космонавтов, во время орбитальных полетов они чувствовали некоторые недомогания.
Возможно, это вызывалось трудностями приспособления организма к новой окружающей среде. С началом же космических путешествий в собственном смысле слова космонавты могут утратить всякую физиологическую адаптацию ко времени.
Космическая медицина принимается за тщательное изучение этой важной проблемы. Изучается также вопрос: каким образом космонавты смогут приспособиться к лунным условиям, где продолжительность дня в 27 раз больше, чем на нашей планете?
Сможет ли организм землян без ущерба для себя прийти в соответствие с ритмами новой окружающей среды? Ответ на этот вопрос ученые надеются получить, поместив человека в условия «вне времени», например, изолировав его на несколько месяцев в пещере.
Во Франции еще помнят, как Мишель Сиффр в 1962 году пробыл 58 дней в пещере Скарассон. Недавно двое мужчин провели около 5 месяцев в пещере Оливье, расположенной в массиве Одиберг. Вне естественных синхронизаторов, которыми являются день и ночь, без часов человек был предоставлен на добрую волю своих собственных ритмов.
И вот что было замечено: почти всегда человек склоняется к жизни по более продолжительным ритмам и в конце концов приспосабливается к ритмам 48-часового дня.
Изучается возможность использования такой склонности к «удлинению» циркадных ритмов. Действительно, при 48-часовых сутках можно было бы разумнее распределить часы сна и бодрствования по сравнению с нашим «старым», 24-часовым ритмом: такой день был бы для человека продуктивнее.
По крайней мере предполагается приспособить к такому ритму путешественников, которые будут совершать длительные космические полеты, такие, как Земля – Венера — Земля или Земля — Марс — Земля.
Циклы по временам года
Вернемся на Землю. Вращаясь вокруг своей оси, она еще вращается и вокруг Солнца. Смена времен года — это уже другой ритм, не менее существенный, чем суточный. Флора и фауна живут по ритмам времен года; их глубокому влиянию, прямому или косвенному, подвержен и человек.
Медицинская статистика сделала очевидным то, что многие болезни имеют сезонный ритм. По данным Национального института гигиены, например, кривая заболеваний полиомиелитом идет вверх каждый год в августе и сентябре; коклюш и корь представляют особую опасность к концу зимы; случаи инфаркта миокарда наблюдаются каждый год чаще всего в разгар зимы и т. д.
Весной возрастает число душевнобольных, находящихся на излечении в психиатрических клиниках.
Возможно, это связано с усилением деятельности эндокринных желез. Весьма определенному сезонному ритму подчиняется и количество рождений.
Доктор Жан Мейер опубликовал данные о числе рождений в районе Лиона за период 1950 — 1955 годы: весна — 5 927; лето — 5 871: осень — 5 099; зима — 5 530. Наибольшее число рождений приходится на май, а число зачатий, таким образом, на август.
Наибольшее число рождений приходится на период с января по июль (за основу принимается 100). Месяц — «пик» май.
Возможно, и это связано с состоянием эндокринных желез. Известно, что в функционировании эндокринных желез большую роль играют витамины.
Зимой ощущается относительный недостаток в витаминах Е и С, не исключено, что этим и объясняется меньшее число зачатий в это время года.
Все опыты в условиях «вне времени» показали, что человек, предоставленный на волю собственных ритмов, имеет склонность к удлинению дня. Мишель Сиффр жил пещере по суткам в 48 часов.
Месяц рождения ребенка позволяет, правда, до некоторой степени, делать прогнозы относительно его будущей конституции. Английский демограф Файт опубликовал результаты исследования анкетных данных 21 тысячи новозеландцев, которые были мобилизованы во время второй мировой войны и у которых регистрировался рост и вес.
Самые высокие мужчины родились январе, самые маленькие — в июне; в декабре — самые толстые, в июне — самые худые (различия в весе менее существенны, чем различия в росте). Если это перевести на язык северного полушария, то получается следующее: наиболее крупные индивидуумы рождаются в августе, наиболее мелкие — в декабре; наиболее толстые — в июне, наиболее худые — в декабре.
Жизнь и ритмы морских приливов и отливов
Многие из циклов воспроизводства морских животных основаны на ритмах, связанных с уровнем морских приливов и отливов. Уровень, в свою очередь, зависит от соответствующего положения Солнца и Луны, которые своим тяготением оказывают влияние на приливы и отливы.
Известно, что в период новолуния или полнолуния сила притяжения Солнца и Луны удваивается, вызывая, таким образом, более сильные приливы и отливы. В зависимости от этого ритма отмечены некоторые удивительно сложные действия биологических часов.
Близ берегов Калифорнии обитает маленькая рыбка, жизнедеятельность которой тесно связана с ритмами приливов и отливов.
В период с марта по август, сразу после полнолуния, эти рыбки, как только море начинает отступать, приближаются к берегу. Какое-то мгновение можно видеть на мокром песке их блестящие в лунном свете тела, а затем они снова уходят в море, подхваченные следующей набежавшей волной.
Именно таким образом воспроизводится их вид. В течение короткого промежутка времени между двумя волнами самка откладывает на мокром песке икринки, а самец их оплодотворяет. После этого родители закапывают яйца в песок. Волны не могут их смыть, так как это время отливов.
Последующие приливы не достигают линии прилива предыдущего дня, и так на протяжении пятнадцати дней икринки ничто не тревожит. Они развиваются, внутри икринок формируются маленькие личинки.
Но вот наступает новолуние. Волны нового прилива докатываются наконец до тех мест, где зарыты икринки. Как только они входят в контакт с холодной водой, их оболочки лопаются, появляются маленькие рыбешки, и волной, которая их освободила, они уносятся в открытое море. В мире морских организмов эти рыбки не представляют собой исключения.
Хронобиология и единорог
Хронобиология — изучение биологических ритмов, как это видно, открывает широкие перспективы исследователем. Без такой способности гибко приспосабливаться к существующим в природе ритмам жизнь была бы невозможна.
Постоянный диалог, который происходит между циклами окружающей среды и нами, вероятно, необходим для нашего существования. Однако не следует видеть во всем только ритмы и превращаться, как выразился один исследователь в «цикломаньяков».
В журнале «Сайенс» английский биолог Л. К. Коул не без юмора предостерегает своих коллег от опрометчивого использования в этой области цифр и графиков. Для доказательства того, что иногда можно заставить цифры и графики показать то, что желательно в них увидеть, Коул выдумал биологический ритм для мифического животного единорога.
И, несомненно, случается, говорит он, что ритмы, которые как будто открыты учеными, являются такими же вымышленными, как сам единорог.
По материалам французского журнала «Сьянс э Ви».
Видео: Тасманский тигр и его история
Почему гремит гром и сверкает молния
