вопросом или ставили перед собой конкретную задачу, разрабатывали методы ее решения и получали тот или иной ответ.
Дарвина, например, интересовало, почему листья «спят», — и он фиксировал их в развернутом, дневном, положении и на основании их реакций пришел к выводу, что листья складываются на ночь, чтобы защититься от ночного холода. Харкер хотела выяснить, где у животного находятся его живые часы. Проведя тонкие хирургические операции на тараканах, она обнаружила их в четырех клетках подглоточного ганглия. Хамнер решил узнать, зависит ли существование циркадных ритмов от сил, связанных с вращением Земли. Он привез растения и животных на Южный полюс и вращал их там в направлении, противоположном вращению Земли. На основании этого эксперимента он пришел к выводу, что ритмы у растений и животных существуют независимо от сил, возникающих в результате вращения Земли.
Во всех этих случаях можно было сформулировать конкретный вопрос, разработать метод экспериментального исследования и получить тот или иной ответ. Но как сформулировать вопрос, приступая к исследованию внутренних часов человека?
«Суточные кривые» человека зависят от столь многих факторов, что их необычайно трудно интерпретировать. Человек в этом смысле очень неудобный для эксперимента организм. Поэтому более полное представление о процессах, определяющих существование циркадных ритмов у человека, может быть получено прежде всего на основании изучения менее высокоорганизованных животных.
Современный взгляд на эту сложную проблему был выражен Юргеном Ашоффом, одним из крупнейших ученых в области изучения биологических ритмов.
«Даже неспециалисту хорошо известно, — писал Ашофф, — что температура тела человека минимальна рано утром и достигает своего максимального значения к вечеру. Это явление было описано еще в 1842 году. С тех пор многочисленные клинические и физиологические исследования показали, что в организме человека нет ни одного органа и ни одной функции, которые не обнаруживали бы суточной ритмичности. Измеряем ли мы число делящихся клеток в той или иной ткани, объем выделяемой мочи, реакцию на лекарство или точность и скорость решения арифметических задач — мы обычно обнаруживаем, что максимальное значение соответствует одному времени суток, а минимальное — другому.»
Так почему же человек плохой объект для экспериментальных исследований?
Не начиная философской дискуссии о различиях между человеком и низкоорганизованными животными, мы лишь отметим, что в экспериментальных условиях поведение человека во времени значительно менее последовательно, чем, скажем, поведение белки-летяги. И человека можно (естественно, при его согласии) поместить в тщательно контролируемые условия, специально созданные для измерения свободнотекущего ритма его активности. Но поскольку ритмы человека подвержены влиянию многих факторов, подавляющее большинство экспериментов по изучению участвующих в биоритмике внутренних процессов проводилось на низших животных.
Вопрос, как работают внутренние часы человека остается для исследователей биологических ритмов самой сложной проблемой. Для получения результатов, сравнимых с результатами последних экспериментов на животных, необходимо и в опытах на человеке обеспечить поддержание точно контролируемых условий освещения, температуры, влажности и т. д. Нужно исключить все внешние ориентиры, которые могут указать на истинное время (особенно это касается всякого рода шумов). А так как самым главным временным ориентиром является свет, чрезвычайно важно обеспечить точно контролируемый уровень освещенности.
Чтобы следить за изучаемыми ритмами, необходимо располагать аппаратурой для регистрации цикла «сон — бодрствование», изменений температуры тела и т. д., а также клиническими возможностями определения физиологических функций. И при этом нужно изучать изолированного индивидуума, чтобы реакции одного человека не сказались на поведении другого.
Любознательные люди давно пробовали изучить цикл «сон — бодрствование» у человека. Натаниел Клейтман, специалист по физиологии сна, и Брюс Ричардсон из Чикагского университета в 1938 году закрылись в одном из отсеков Мамонтовой пещеры в Кентукки. Целью эксперимента было выяснить, сможет ли каждый из них приспособить свои внутренние часы к ритму, отличающемуся от суточного. Они провели в пещере тридцать два дня, стараясь привыкнуть к 28-часовому циклу, состоящему из 19 часов активного состояния и 9 часов сна. Ричардсон, которому было двадцать три года, уже к концу первой недели успешно перевел свои часы на новое расписание, а Клейтман, старше своего товарища лет на двадцать, так и не смог приспособиться.
Для того времени это было весьма интересным исследованием, но в сравнении с современным оборудованием Мамонтова пещера похожа на «темный домик» Гарнера и Алларда в сравнении с фитотроном в Канберре (см. рис. 22–23).
Оборудование для изучения ритмов у человека трудно в изготовлении и дорого в эксплуатации. Поэтому неудивительно, что существует оно пока в единственном экземпляре. Это «Тир-Бункер», размещенный в Институте физиологии поведения имени Макса Планка.
Непосредственный интерес Ашоффа к изучению ритмов человека стимулировали исследования, проведенные им на зябликах. Но задолго до этого он занимался изучением ритмов двигательной активности мышей в условиях постоянного освещения и постоянной темноты. Многочисленные эксперименты привели его к созданию гипотезы, известной под названием «правило Ашоффа». Согласно этой гипотезе, с увеличением интенсивности постоянного освещения длительность периода активности дневных животных сокращается, а ночных — увеличивается. Это правило неоднократно подтверждали многие исследователи на самых разных животных. Подтвердил его в экспериментах с зябликами и сам Ашофф. «Стрелками часов» ему служила двигательная активность зябликов — перепархивание с одной жердочки на другую (оно автоматически регистрировалось цифропечатающими счетчиками). Вот результаты типичного эксперимента Ашоффа:
1. Привыкание к условиям чередования 12 часов света и 12 часов темноты. Время активности совпадало с периодом освещения: включение света — птицы начинали перескакивать с одной жердочки на другую, выключение — птицы успокаивались.
2. 27 дней свободного течения ритма при непрерывном
3. Повторение условий чередований 12 часов света и 12 часов темноты в течение 15 дней. Отставание во времени прекратилось, и возобновился 24-часовой цикл.
4. Свободное течение ритма при непрерывном
Такая последовательность в поведении птиц подтверждает правило Ашоффа, а именно что дневные животные имеют свободнотекущий ритм с большим периодом при слабом освещении и меньшим — при ярком.
Но что гораздо важнее, эти эксперименты четко и убедительно доказали, что у зяблика есть внутренние часы, «стрелки» которых могут быть переведены в результате изменения режима освещения. Их можно было по желанию заставить идти точно, ускорять или замедлять.
Располагая этими результатами, Ашофф решил выяснить, как будут вести себя в контролируемых лабораторных условиях внутренние часы человека и действительно ли они эндогенны по своей природе.
