В Андексе изучали не только животных, но и людей. Проведя ряд экспериментов на самом себе, Ашофф набрал добровольцев из числа студентов, согласившихся провести определенный срок (до четырех недель) в одиночестве в специальном подземном бункере, устроенном так, чтобы туда не проникали никакие сигналы извне. Перед началом эксперимента каждый испытуемый сдавал все свои часы, после чего получал возможность самостоятельно регулировать собственную активность, включая и выключая свет. Чтобы не получать никаких сигналов о времени от обслуживающего персонала, участники эксперимента сами готовили себе пищу. Кроме того, каждому из них выдавали на каждый день по одной бутылке особо крепкого пива «Андекс», сваренного в местном монастыре. Пока испытуемый находился в бункере, его внутренние часы шли независимо от внешних условий. Эксперименты позволили установить, что у человека, как и у животных, продолжительность цикла сна и бодрствования в условиях изоляции обычно отличается от стандартных 24 часов, иногда даже на несколько часов. Средняя продолжительность определяемых внутренними часами суточных циклов, наблюдавшихся у испытуемых в бункере Ашоффа, составляла около 25 часов.
Помимо внутренних часов, управляющих суточным циклом, у долгоживущих животных и растений имеются и другие внутренние часы, отвечающие за годичный цикл. Для исправной работы этих часов тоже необходимы внешние сигналы. Установлено, что во многих случаях ключевым сигналом для внутренних часов годичного цикла служат изменения продолжительности светового дня. Этот показатель, то есть продолжительность времени от рассвета до заката, меняется в течение года постоянным, предсказуемым образом и позволяет надежно определять текущую фазу каждого времени года. Но использование длины светового дня для подведения годичных биологических часов может быть сопряжено с одной трудностью: годичные изменения этого показателя зависят от географической широты. В высоких широтах диапазон таких изменений составляет несколько часов, в то время как в низких, ближе к экватору, изменения едва заметны. В Северном полушарии продолжительность светового дня достигает максимума в конце июня, а минимума – в конце декабря. Например, в Чикаго самый долгий световой день, день летнего солнцестояния, длится более 15 часов, а самый короткий – день зимнего солнцестояния – около 9 часов, так что диапазон годичных изменений составляет более 6 часов, в то время как на экваторе его продолжительность лишь несколько минут. В связи с этим в тропических широтах продолжительность светового дня намного сложнее использовать для регуляции фаз годичного цикла. Годичному циклу было посвящено меньше экспериментальных исследований, чем суточному (ведь исследования годичного цикла занимают годы, а не месяцы), результаты целого ряда экспериментов показали, что у животных в отсутствие такого сигнала извне, как естественная продолжительность светового дня, обычно наблюдается независимый от внешних условий цикл, определяемый внутренними часами и длящийся около года.
Среди млекопитающих очень широко распространено сезонное размножение – от круглогодичного с умеренным пиком в определенное время до ограниченного строго определенными периодом. У многих видов время спаривания, зачатия и рождения детенышей связано с годичным циклом изменений продолжительности светового дня. В таких случаях определенная фаза этого цикла вызывает развитие семенников у самцов и начало половой активности у самок. Особенно наглядно эта зависимость проявляется, разумеется, у тех видов, у которых период размножения строго ограничен. Среди приматов это особенно характерно для мадагаскарских видов лемуров. В нескольких случаях в лабораторных условиях были получены прямые доказательства влияния продолжительности светового дня на размножение. Это относится, в частности, к моим собственным исследованиям, которые я проводил в Университетском колледже Лондона, опираясь на данные о биологических часах, полученные в Андексе. В ходе этих исследований мне удавалось управлять временем размножения серых мышиных лемуров с помощью специальных световых часов, задававших изменения искусственного светового дня, похожие на естественные изменения светового дня на Мадагаскаре. Удлинение светового дня служит у мышиных лемуров сигналом к началу брачного периода, и я просто устанавливал световые часы так, чтобы лемуры начинали размножаться именно тогда, когда это было мне удобно для проведения наблюдений. Однажды мне даже удалось уменьшить интервал между двумя сезонами размножения, сократив длину годичного светового цикла до девяти месяцев.
Оказывается, чтобы узнать, определяется ли начало сезона размножения у того или иного вида млекопитающих продолжительностью светового дня, можно и не проводить многолетние эксперименты. Есть и более простой способ, связанный с закономерными следствиями вращения Земли вокруг своей наклонной оси одновременно с вращением вокруг Солнца. В Северном и Южном полушариях продолжительность светового дня меняется в течение года одинаково, но в противофазе, так что в Южном полушарии она достигает минимума в конце июня, а максимума – в конце декабря. В связи с этим, если перевезти млекопитающих, у которых размножение зависит от светового дня, из одного полушария в другое, их брачный период сдвигается на полгода. Ценные сведения о таких сдвигах можно извлечь из записей, которые ведут сотрудники зоопарков, регистрируя сроки размножения животных в неволе.
Однако изменения продолжительности светового дня служат лишь сигналами о времени года и сами по себе не определяют сроки размножения. Высказывались предположения, что первостепенное значение в определении этих сроков имеет время спаривания, беременности, родов и выкармливания детенышей молоком. Но мои исследования сезонного размножения у лемуров показали, что между разными видами наблюдаются значительные различия в сроках спаривания, беременности и родов. У крупных видов беременность и выкармливание продолжительнее, чем у мелких. Самые крупные лемуры спариваются, вынашивают детенышей, производят их на свет и даже начинают выкармливать в течение засушливого периода, когда пищевые ресурсы ограничены, а световой день сравнительно короток. Единственный общий для всех лемуров фактор, который мне удалось выявить, состоял в следующем. У всех видов роды происходят в такие сроки, которые позволяют детенышам перейти с питания молоком к самостоятельному питанию и накопить до окончания сезона дождей достаточно ресурсов, чтобы выжить в непростых условиях наступающего засушливого периода. Вполне возможно, что для выживания потомства ключевое значение имеет именно переход к независимому существованию за достаточно долгое время до начала периода нехватки пищи. Наблюдения за другими приматами показывают, что их сроки размножения в целом согласуются с этим объяснением, хотя у самых крупных видов, таких как человекообразные обезьяны и человек, у которых кормление потомства молоком длится не месяцы, а годы, связь сезонной динамики размножения с пищевыми ресурсами далеко не столь очевидна.
О сезонной динамике размножения можно многое узнать, изучая наших родственников-приматов. В течение многих десятков лет стандартным подопытным животным, используемым в медицинских исследованиях для сравнения с человеком, был макак-резус – краснолицый обитатель азиатских джунглей. Этот вид имеет в природе огромный ареал, простирающийся от восточного Афганистана и северной Индии до Таиланда и южного Китая. Было время, когда резусов для исследований было легко раздобыть и их в больших количествах ввозили в США и Европу. Основная масса данных о размножении приматов, использовавшихся для сравнения с репродуктивными особенностями человека, была получена благодаря изучению этого вида. В течение многих лет, когда речь шла о человеке и других приматах, под другими приматами подразумевались прежде всего макаки-резусы.
