О том, что в организме живых существ имеются свои собственные часы, люди начали догадываться очень давно. Догадывались они и о том, что часы эти имеют, скорее всего, химическую природу. Ведь бесполезно искать в живом организме механизм с шестеренками и пружиной…
Кроме того, всем известно: стоит заболеть, и при высокой температуре восприятие времени заметно меняется: кажется, что стрелки часов еле движутся. Это значит, что собственные часы организма начинают спешить, – при высокой температуре химические реакции, как известно, идут быстрее…
Так где же будильник у петуха?
Но как именно можно регулировать ход собственных биологических часов? Надобность в этом появилась с распространением авиации. Все больше людей стало перелетать с континента на континент. И при этом многие заболевали странной болезнью. У человека нарушался режим дня, многие стали маяться бессонницей, нарушением аппетита и т. д.
Одним из первых пострадал от странной болезни, получившей название десинхроноз, был Вилли Пост – американский пилот, совершивший в 1931 году первый кругосветный полет. Вслед за ним на дальние расстояния стали все чаще летать и другие пилоты, возившие коммивояжеров и других деловых людей. И у них тоже стали наблюдаться приступы десинхроноза или «болезни коммивояжеров». Нужно было что-то делать, как-то регулировать ход живых часов. Но как?
«Конечно, механический будильник со стрелками и шестернями искать внутри живого организма бессмысленно, – рассуждал американский биолог Чарлз Эрет. – Но не всегда же люди узнавали и узнают время только при помощи механических часов…» Эрет стал собирать сведения о всех измерителях времени, когда-либо использовавшихся человечеством. Он изучал часы солнечные и водяные, песочные и атомные… В его коллекции нашлось место даже для часов, в которых время определялось по пятнышкам белой плесени, выраставшей на питательном бульоне.
Чарлз Эрет надеялся таким образом найти какой-то образ, ассоциацию, которые бы натолкнули его на нужную мысль.
Но время шло, ассоциаций не возникало… Порою Эрету начинало казаться, что все его усилия напрасны. Однажды ему попалось на глаза описание одной из разновидностей огненных часов, которыми пользовались еще в IX веке. Два куска каната, перевитые между собой и пропитанные смесью пчелиного воска и свечного сала, поджигали. Куски горели с постоянной скоростью три дюйма в час. Замерив длину оставшейся части, можно было довольно точно определить, сколько времени прошло с момента пуска таких часов в ход.
Двойная спираль… Что-то удивительно знакомое было в этом образе. Но что? Ну конечно, форму двойной спирали имеет молекула ДНК! Правда, спираль из канатов сгорает за несколько часов, спираль же ДНК продолжает копировать себя в течение всей жизни клетки…
Эрет стал искать живой организм, экспериментируя с которым он мог бы утвердиться в своей догадке. Выбор пал на инфузорию туфельку – простой одноклеточный организм. «Обычно инфузория в дневное время более активна, чем ночью, – рассуждал Эрет. – Если удастся, воздействуя на молекулу ДНК, нарушить ритм ее жизни, можно считать доказанным, что эта молекула служит также и механизмом биологических часов».
Инструментом воздействия он избрал световой пучок. После серии опытов ему удалось выяснить, что, действуя на туфельку попеременно ультрафиолетовым излучением и белым светом, можно то сильно изменять ритм жизни инфузории, то восстанавливать его снова.
«Ультрафиолет повреждает спираль ДНК, но клетка может исправить повреждение, если после ультрафиолетового импульса воздействовать на нее белым светом», – заключил Эрет.
Немного позднее выводы Эрета подтвердили другие ученые, воздействовавшие на молекулу ДНК различными химическими веществами.
Можно было считать доказанным, что в качестве биологических часов живые клетки используют молекулы ДНК. Но как именно действует «механизм» таких часов? Стремясь объяснить это, Эрет в 1967 году разработал теорию, суть которой сводится вот к чему.
Молекула ДНК, которую в данном случае американский ученый назвал «хрононом», свернута в ядре клетки тугой спиралью. Когда начинается дублирование молекулы, нити такой спирали расходятся, на них строится информационная РНК, достигающая полной длины одиночной нити ДНК-«хронона». Одновременно протекает ряд взаимосвязанных химических реакций, соотношение скоростей которых можно рассматривать как работу регулирующего механизма часов.
Эрет рассматривал свою модель как «скелет, в котором опущены все подробности…». Наука его времени еще не умела экспериментировать с геномом. И лишь недавно генетики из Калифорнийского университета (США) многое прояснили в «механизме» биочасов. Предположительно, у человека даже двое биологических часов. Первые являются основными. Они действуют в зависимости от освещения и времени суток, запускаются с первым лучом солнца. Вторые находятся в дремлющем режиме и зависят от приема пищи.
Не исключено, что человек способен заставить первые часы «уснуть», а вторые заработать в полную мощь, считают исследователи. Это позволяет ему быстро адаптироваться к новому часовому поясу при дальних перелетах, например, из США в Японию.
Такое предположение летом 2008 года выдвинула группа ученых из школы медицины при знаменитом Гарвардском университете. «Поскольку биологические часы организма можно переводить только понемножку каждый день, нормальному человеку требуется минимум неделя, чтобы приноровиться к другому часовому поясу. А через неделю обычно уже надо возвращаться обратно», – пояснил доктор Клиффорд Сапер из школы медицины Гарварда.
Исследователь и его коллеги поставили перед собой задачу установить, способен ли человек адаптироваться быстрее и избавить себя от дискомфорта при перелетах на большие расстояния. Опыты над мышами показали, что сделать это довольно просто. Надо лишь поменять режим питания. Исследователи заставили грызунов жить впроголодь, когда они бодрствовали. И кормили в неурочное время. В результате грызуны изменили режим жизни и стали просыпаться ко времени кормежки.
В общем, ученые предлагают путешественникам не есть около 16 часов вплоть до длительного перелета. А затем начать кушать по режиму в пункте прилета. Тогда организм, по идее, сам быстро перестроится на новый часовой пояс.
Стареющие не по годам…
Помните, как в сказке А.С. Пушкина сын царя Салтана – князь Гвидон – рос в бочке не по дням, а по часам? В конце концов он вырос настолько, что на берег попал уже взрослым человеком. Вряд ли знаменитый поэт мог предположить, что написанная им сказка может стать поводом для научных раздумий и экспериментов.
Ученые рассчитывают найти лекарство от старости, исследуя загадочный феномен
