переносе животных из естественной внешней среды в условия постоянной температуры.
Браун предложил своей сотруднице М. Уэбб проверить результаты Уэлша и Парка. Животным, которое они избрали для экспериментов, был маленький манящий краб
Браун и Уэбб начали с гипотезы, что крабы должны подчиняться правилу Вант-Гоффа, согласно которому при повышении температуры скорость химической реакции непременно увеличивается, а при снижении — замедляется. Если это так, то частота ритмического изменения окраски крабов должна удваиваться, утраиваться и т. д. при повышении температуры на каждые 10 °C или соответственно снижаться при аналогичном снижении температуры.
Исследователи проверяли ритмы большой популяции крабов, выдерживаемых в течение длительного периода времени при 16 °C. Сначала крабов содержали в условиях нормального чередования дня и ночи, а затем — в постоянной темноте. Температура в обоих случаях была одной и той же. Как и следовало ожидать, ритмы в условиях непрерывной темноты сохранялись, но удивляла точность, с которой крабы выдерживали 24-часовой цикл изменения окраски.
«Выбор манящего краба в качестве экспериментального объекта оказался для нас столь же удачным, как для Менделя выбор растений гороха в его экспериментах по изучению механизмов наследственности, — писал Браун. — Ритм этого краба не является
После этого Браун и Уэбб повысили температуру содержания крабов с 16 до 26 °C. Увеличится ли теперь в соответствии с правилом Вант-Гоффа скорость изменения их окраски? Затаив дыхание, записывали они одно измерение за другим, но никаких изменений в длительности периода обнаружить не смогли. Он точно сохранял свой 24-часовой цикл. Правда, густота окраски крабов с повышением температуры увеличивалась, но ритм оставался прежним. Потом они снизили температуру до 6 °C, но ритм тем не менее сохранил точную 24-часовую периодичность.
Предвидя критические замечания (измерения проводились при слабом освещении), Браун поставил контрольные опыты, которые показали, что ритм изменения окраски крабов при той же температуре в условиях полной темноты абсолютно синхронен с ритмом животных экспериментальной группы.
Поскольку при измерении окраски могли вкрасться отдельные ошибки, Браун и Уэбб статистически обработали полученные данные, но не выявили никаких отклонений от 24-часовой периодичности цикла.
Помимо поразительно точного 24-часового ритма изменения окраски, Браун и Уэбб обнаружили у манящего краба еще один ритм — ритм двигательной активности, но связанный с Луной, а не с Солнцем. Во время отлива крабы спускаются к воде и обследуют отмель в поисках пищи, во время прилива наоборот — поднимаются выше по берегу и отдыхают. За исключением некоторых местных отклонений приливы чередуются в соответствии с лунными сутками, составляющими 24 часа 50 минут, так что манящие крабы живут и по лунным часам.
Сохранят ли крабы этот свой распорядок в постоянных условиях лаборатории? Результаты тщательно контролируемого эксперимента показали, что крабы сохраняют этот ритм и в постоянных условиях.
Ответ на один вопрос немедленно поставил перед исследователем несколько других. Что будет, если какое-нибудь существо, жизнедеятельность которого связана с приливами и, следовательно, с фазами Луны, перенести в другое место, где время приливов (если бы они там происходили) заметно отличается от привычного для него?
Сохранится ли у этого существа такой ритм, которому оно следовало на родном берегу, или он сдвинется во времени?
Поскольку лето Браун обычно проводил в Морской биологической лаборатории Вудс-Холла, он легко мог заполучить любое нужное ему существо, поведение которого зависело бы от ритма приливов. Он выбрал устрицу: ей свойствен четко выраженный приливной ритм, и кроме того, за ней удобно наблюдать, поскольку она не бегает по берегу, как краб.
Результаты этого эксперимента были изложены следующим образом:
Устрицы, собранные на отмели в Нью-Хейвене (штат Коннектикут), были перевезены в темном резервуаре в Эванстон (штат Иллинойс). Там их положили в лотки с морской водой и поставили в темную комнату. Первые дни они продолжали максимально раскрывать свои раковины во время наивысшей фазы прилива в Нью-Хейвене. Однако к концу второй недели устрицы изменили свой ритм и стали максимально открывать раковины, когда Луна находилась в зените и надире для Эванстона. Вновь установившееся расписание они сохраняли целый месяц, в течение которого велись эти исследования. Положения Луны в зените и надире — противостоящие положения Луны — соответствуют периодам наибольшего приливного воздействия Луны, которое проявляется в максимальных атмосферных приливах в Эванстоне. Этот же гравитационный эффект определял бы здесь максимальную высоту и океанских приливов, если бы Эванстон находился на берегу моря.
И вновь результаты этого эксперимента послужили для Брауна источником новых проблем. Являются ли так называемые постоянные условия, при которых они изучают организмы, действительно постоянными? Если они непостоянны, если на организм воздействует какой-то периодически изменяющийся неизвестный фактор, то какие ритмы возникают при этом?
О природе этого неизвестного пока еще фактора можно было бы сделать по крайней мере несколько предположений. Обратимся к факторам, связанным с окружающей организм средой, то есть к факторам, цикличность изменения которых может определяться периодичностью влияний окружающей среды. К таким очевидным влияниям можно отнести суточные, лунно-приливные, лунные и годовые циклы. Удивительно, что биологическое действие большинства этих циклов никогда подробно не исследовалось. Решение восполнить этот пробел привело Брауна к длиннейшей серии экспериментов, которые заняли у него более десяти лет и были выполнены на одном-единствен-ном организме — картофеле.
Почему Браун выбрал именно картофель? По целому ряду причин. Прежде всего, ему хотелось изучать ритм такого физиологического процесса, который был бы общим для всех живых организмов; не изменение окраски краба или открывание створок устричных раковин, а процесс, свойственный всем животным и растениям. Кроме того, он хотел найти организм, который считался бы неинтересным с точки зрения ритмической активности. Если бы удалось показать, что даже
Одним из показателей физиологической активности картофеля (как, впрочем, и любого другого организма) является уровень обмена веществ. Браун проводил свои эксперименты в условиях постоянной темноты, так что фотосинтез исключался, а обмен ограничивался очень медленным окислением, которое сопровождается поглощением кислорода.
В качестве экспериментального материала он использовал вырезанные из клубня картофеля короткие цилиндрики с одиночным глазком сверху. В темноте из этого глазка развивались бледные болезненные ростки, но, поскольку цилиндрик содержал большой запас питательных веществ, жизнь такого ростка какое-то время поддерживалась даже в герметически закрытом контейнере.
Если Суини измеряла объем кислорода, выделяемого при фотосинтезе, то Браун измерял объем кислорода, поглощаемого при дыхании. И в том и в другом случае дело касалось ничтожно малого количества кислорода. Приходилось вести утомительно долгие наблюдения за еле заметными изменениями показаний очень чувствительных приборов.
