Пчеловодам давно известно: если подкармливать пчел всегда в одно и то же время, они запомнят часы кормежек и будут прилетать в «столовые» без опозданий. Но вдруг случится непогода и даже пусть неделю простоят нелетные дни – пчелы прилетят опять туда, где их кормили, и в те же часы, лишь только пригреет солнце. Если же быстро на самолете перевезти этих пчел с Украины, скажем, на Алтай, они и тут будут искать корм по местному украинскому времени. Ни для кого также не новость, что многие цветы раскрываются утром, когда вылетают на добычу насекомые, опыляющие их. Раскрываются они незадолго до рассвета, «как будто знают, – пишет один ученый, – что через несколько часов взойдет солнце». Перенесите эти цветы в помещение, в котором нет света, они все равно раскроются в положенное время.

И уж, конечно, каждый из нас по своему опыту знает, что и без будильника может проснуться, когда захочет. Нужно только небольшим напряжением воли поставить на определенный час свои «головные часы», как называют исследователи этот неизвестный пока физиологический механизм. «Головные часы» некоторых людей с такой точностью измеряют время, что они, просыпаются за минуту до звонка будильника.
Пробовали помещать человека на несколько дней в башню молчания, где не было никаких часов, никаких звуков и впечатлений из внешнего мира, а «головные часы» по‑прежнему отсчитывали время. И если ошибались, то не больше, чем на пятнадцать минут в сутки.
Еще точнее работают они под гипнозом. Гипнотизер говорит усыпленному пациенту: «Проснетесь через 240 минут и выпьете этот стакан воды». И хоть нет в помещении, где проводится опыт, никаких часов, человек просыпается ровно через 240 минут и пьет воду.
Все эти наблюдения, в достоверности которых никто теперь уже не сомневается, говорят о том, что и у растений, и у животных, и даже у человека есть в организме какие‑то «ходики», какие‑то циклические физиологические процессы, совпадающие во времени с движением солнца по небу. Короче говоря, есть солнечные часы.
Суточные ритмы были открыты у растений еще в прошлом веке. Люди заметили, что в определенное время суток растения выбрасывают споры, интенсивно растут, открывают и закрывают цветы. Листья поднимаются, напрягаясь днем, и опускаются ночью. И другие изо дня в день и в одни и те же часы повторяющиеся процессы: вся жизнь у птиц, рыб, зверей, насекомых, червей в разное время суток протекает по‑разному – в определенное время они спят, ищут пищу, поют, роют норы, идут на водопой. Даже вылет из куколок у многих насекомых происходит из года в год в одни и те же дни и часы.
Распорядок этот врожденный. С первого дня появления на свeт все животные и растения живут по солнечным часам, которые отсчитывает какой‑то внутренний механизм, бессознательно приспосабливая к ним не только свой обмен веществ и физиологию, но и привычки свои и режим.
Но если зародыши животных и семена растений поместить в полную темноту или, наоборот, содержать при непрерывном освещении, то такие животные, когда родятся, а растения, когда прорастут, не обнаружат никаких периодических ритмов, словно бы нет у них физиологических часов. Но стоит новорожденных хоть на мгновение осветить мимолетной вспышкой света (если развивались они в темноте) или ненадолго погасить свет (если их содержали при непрерывном освещении), как сейчас же появится у них такой ритм.
С тараканами проделали такие опыты: отрезали им головы. Насекомые сразу же теряли чувство времени, но жизнь не теряли: бегали и без головы еще много дней. Когда безголовому таракану прирастили кусочек ткани, взятой из головы другого таракана, он сразу стал жить по часам, но по часам того таракана, кусочком головы которого его наделили.
Срастили спинками двух тараканов: одного с головой, другого без головы, и новые «сиамские близнецы» стали обладателями одних общих часов – часов того таракана, у которого была голова.
У позвоночных животных (и у человека) работой клеточных хронометров заведует, приводя их, что называется, к одному знаменателю – к единому времени, центральная нервная система, то есть мозг. Но мозг такую регуляцию осуществляет через особые железы, выделяющие в кровь гормоны – вещества‑регуляторы. Известно уже более 40 физиологических и психических процессов, суточным ритмом которых управляют гормоны. Адреналин и меланофорный гормон гипофиза играют, по‑видимому, главную роль – роль пружины в наших «ходиках». Действие этой пружины представляют себе пока так: день и ночь, свет и темнота, чередуясь со строгой последовательностью, заводят пружину физиологических часов. Свет побуждает к деятельности симпатическую нервную систему, а она заставляет выделяться в кровь адреналин. Темнота возбуждает парасимпатические нервы и гипофиз, который в больших дозах, чем днем, производит меланофорный гормон.
Ритмические, совпадающие во времени с движением солнца по небу колебания концентраций веществ‑регуляторов – то адреналина больше, то меланофорного гормона – задают тон всем другим процессам в организме, подчиняя их одному 24‑часовому циклу. На механических часах каждый отрезок суток обозначен цифрой – в часах физиологических такой цифрой служит определенная доза веществ‑регуляторов.
А сама эта доза, мы уже знаем, зависит от чередования света и темноты. Свет – тот внешний источник энергии, Который заводит внутренние часы обитателей подсолнечной планеты.
Если нормальное суточное чередование света и темноты изменить, то физиологические часы животных (и растений тоже) начнут отмечать время по‑новому.
Подобные опыты делали сотни раз. Например, крыс, тараканов, мух, голубей или… фасоль освещали, скажем, десять часов подряд, а потом на десять часов помещали в полную темноту. Их физиологические часы уже через день‑два, в крайнем случае через неделю‑две, полностью перестраивались и приспосабливались к 20‑часовым суткам.
Часто даже не нужно все десять часов освещать содержащихся во тьме животных. Достаточно каждый раз в одно и то же время включать свет хотя бы на час и даже всего на несколько минут, и физиологические часы подопытных «кроликов» приобретут новый «завод».
Делали и так: не нарушая нормального 24‑часового ритма, лишь на шесть часов раньше включали освещение, еще когда на дворе была темная ночь; или, наоборот, уже наступал рассвет, а животных еще шесть часов держали в темноте. Их физиологические часы уже через несколько дней показывали новое время – спешили или отставали на шесть часов.
И сон, и пробуждение, и поиск пищи, и все другие внешние и внутренние проявления жизнедеятельности животного начинались на шесть часов раньше или позже прежнего.
Физиологические часы можно отвести назад и воздействием низкой температуры.
Возьмите пчел, обученных прилетать в полдень за сахарным сиропом к кормушке, и продержите несколько часов на холоде, где‑нибудь в погребе, чтоб температура там была около 0–5 градусов. Как только пчел выпустите, они вспомнят о сиропе. Но вспомнят с запозданием ровно на столько часов, сколько вы их продержали в погребе.
Опыты показали, что после длительной обработки холодом организм ведет себя так, как будто в течение этой обработки физиологические часы находились в состоянии покоя.
«Замораживание» быстрее достигает своей цели, чем многодневная перестройка внутренних ритмов искусственным чередованием света и тьмы, и к нему часто прибегают ученые, когда экспериментируют с растениями или с холоднокровными животными, температура тела которых быстро повышается или понижается.
Должен предупредить читателей, что в науке нет еще достаточно ясного представления ни о природе, ни о работе физиологических часов. Поэтому беглый обзор на предыдущих страницах следует рассматривать лишь как весьма схематичное и приблизительное изложение принципов действия очень сложной механики природных хронометров.
Но тем не менее, к чтению следующих глав мы приступаем теперь более подготовленными.