postheadericon Биологические часы


Австралийские рифовые цапли гнездятся вдали от моря, иногда на расстоянии 50 и более километров, но кормятся на литорали. Ежедневно стаи больших белых птиц покидают свои гнезда и устремляются к побережью, причем всегда прилетают на место кормежки в период низкого стояния воды. А ведь время отлива ежедневно сдвигается на 50 минут. Можно подумать, что цапли не только знают, который час, но еще сверяются с таблицей приливов!

Способность живых организмов определять время суток была известна давно. По преданиям Батый возил в своем войске петухов, чтобы они по утрам будили его воинов. На Руси издревле определяли время, предшествующее восходу солнца, по петушиному крику. Выражение «Еще третьи петухи не пропели», говорящее о раннем предутреннем часе, по сей день сохранилось в живом русском языке, а в сказках оно встречается на каждом шагу. Жизнедеятельность многих растений подчинена суточному ритму. Общеизвестно, что цветки каждого вида растений раскрываются в строго определенное время суток. Шиповник и мак в 4–5 часов утра, мать-и-мачеха — в 9–10 часов. Душистый табак раскрывает свои ароматные цветки к 8 часам вечера, а ночная фиалка на час позднее.
В некоторых ботанических садах специально высаживают растения, цветущие в различное время суток, на одну и ту же клумбу. В назначенное самой природой время, как по сигналу, венчики одних цветков раскрываются, а других закрываются. «Цветочные часы» отличаются необыкновенной точностью хода. Слова грузинской песни: «Розы пахнут по утрам, а фиалки по ночам» — удачно характеризуют зависимость жизнедеятельности растений от времени суток. Характеризуют, но не объясняют.
Прямая связь между раскрытием цветков и солнечным светом казалась настолько очевидной, что в течение многих столетий не требовала никаких объяснений. Но вот в 1729 году французский ученый де Мэран сделал поразительное открытие. Любому крестьянину было известно, что фасоль, бобы, горох и клевер (все это растения из семейства бобовых) на ночь складывают свои листочки, а с первыми лучами солнца вновь расправляют и поднимают их. Все полагали, что именно солнечный свет распрямляет листья. Так думал и де Мэран, но вот однажды он поставил горшки со своими бобами в совершенно темное помещение, а к утру листочки на всех растениях были раскрыты, как будто они освещались ярким солнцем. Так было установлено, что растения обладают каким-то скрытым механизмом, управляющим их суточным ритмом. 1729 год был годом рождения целой науки — учения о биологических часах. Особенно большие успехи в области изучения биологических ритмов благодаря появлению новых научно-технических средств достигнуты в последние годы. Теперь установлено, что в основе суточной ритмики живых организмов лежит работа так называемых внутриклеточных биологических часов.
В течение суток все клетки растений и животных изменяют не только интенсивность, но в ряде случаев и направление обмена веществ. Так, у зеленых растений в продолжение дня физиологические процессы направлены главным образом на осуществление фотосинтеза. В ночное время, когда фотосинтез невозможен, интенсивнее идет рост. Сложные процессы, происходящие в течение ночных часов в клетках бобовых, приводят в конце концов к поднятию листков. Таким образом, растение, пока солнце еще за горизонтом, подготавливается к более полному улавливанию света его лучей.
У животных в течение суток изменяется интенсивность дыхания, количество сахара в крови, у теплокровных — температура тела и т. д. Куры, как и большинство птиц, активны в светлое время суток, а ночью спят. Во время сна происходит восстановление утомившейся за день нервной системы. Петухи, просыпаясь еще ночью, начинают петь, приветствуя приближающееся утро. Они поют по утрам, даже если их поместить на несколько суток в полную темноту.
Внутриклеточные биологические часы, как и те приборы для отсчета времени, которые изготавливаются руками человека, периодически требуют корректировки хода. В природе имеется несколько синхронизаторов хода биологических часов с астрономическим временем. Главный из них — смена темного и светлого времени суток. Осенью, когда солнце встает позднее, позднее поют и петухи, так как восход каждый день делает небольшую поправку в показаниях их внутренних часов.
Советские ученые М. Лобашев и В. Савватеев провели весьма показательный опыт. Они воспитывали цыплят с первого дня жизни в необычном искусственном ритме: выключали свет в курятнике дважды в сутки с 12 до 16 и с 24 до 4 часов. Для подопытных птиц сутки стали короче в два раза. Они уже в 11 утра усаживались на насест и вскоре засыпали. Петухи исправно пели в темноте среди дня. К 16 часам курятник просыпался, все его население чистило перья, искало корм и вообще бодрствовало до полуночи.
В некоторых случаях корректировка хода биологических часов осуществляется не непосредственной сменой дня и ночи, а связанным с этим изменением температуры, интенсивности шума и т. д. Большую роль здесь играют физиологические процессы, происходящие в самом организме. А. Пушкин очень правильно подметил это обстоятельство, сказав, что «желудок верный наш Брегет».
Но как же объяснить поведение австралийских рифовых цапель? Очевидно, в своих действиях они руководствуются не одними биологическими часами, а двумя. Первые их часы настроены на обычный суточный ритм, другие на ритм приливов.
Коренное население литорали в еще большей степени зависит от несовпадающих суточных и приливных ритмов, и потому постоянно ведет двойной отсчет времени.
На илистых пляжах и в мангровых зарослях по берегам тропических морей живут крабы-сигнальщики. Название животного связано с его интересной особенностью. Самец краба имеет одну клешню огромного размера с ярким красным или оранжевым пятном. Сидя у входа в норку, он все время размахивает ею, как моряк-сигнальщик флагом. По-видимому, этими движениями крабы показывают, что у них «все в порядке». Стоит одному из них заметить опасность, как он прекращает подачу сигналов и скрывается в норке. Вмиг волна паники распространяется вокруг, и все крабы один за другим исчезают в своих убежищах, выставив наружу глаза, сидящие на длинных стебельках. Появление одного из сигнальщиков на поверхности остальные воспринимают как сигнал отбоя тревоги.
Крабы-сигнальщики активны только при спаде воды, и в это время они бродят около своих норок в поисках пищи. С наступлением прилива животные забираются в норки. Цвет тела краба меняется в зависимости от освещенности. С рассветом крабы темнеют, это помогает им укрываться от глаз хищников. После захода солнца они становятся желтовато-белыми. Изменение окраски связано с перемещением темного пигмента по отросткам особых клеток. Когда пигмент собирается в центре клетки в небольшой комочек, краб светлеет; когда же красящее вещество равномерно располагается по всей клетке, краб становится темным. Темная окраска тела нужна крабу только во время дневных отливов, поэтому он темнеет раз в сутки, и максимум потемнения ежедневно наступает на 50 минут позднее, что соответствует ритму приливно-отливных течений. Чрезвычайно показательно, что правильность чередования светлой и темной окраски у крабов-сигнальщиков не нарушается при содержании их в полной темноте и вдали от моря. За месяц внутренние часы крабов ошибаются лишь на минуты.
Человек сконструировал часы, отсчитывающие не только секунды и минуты, но и дни. Биологические часы некоторых литоральных животных показывают также время лунного календаря, а есть и такие, которые «бьют» всего один раз в году. Выше уже говорилось, что морская вода заливает верхний горизонт литорали не ежедневно, а лишь два раза в месяц, во время сизигиев. В соответствии с этим поведение животных верхней литорали подчинено также полумесячному ритму.
На коралловых рифах Тихого океана живут крупные, до 40 сантиметров, кольчатые многощетинковые черви — зеленый еунице. На архипелаге Самоа они известны аборигенам под названием палоло. В течение года палоло нельзя увидеть, так как они прячутся в глубоких щелях кораллового полипняка. Когда на Самоа наступает весна, задние концы палоло переполняются половыми продуктами, отрываются и всплывают на поверхность моря. Это событие происходит всегда по ночам (на шестую, седьмую и восьмую ночи) после полнолуния в октябре, а потом еще раз в ноябре. Для самоанцев палоло — это и лакомство, и национальное блюдо, и повседневная пища. Они заранее рассчитывают время роения червей и готовятся к нему как к празднику. Все население деревни с вечера собирается на берегу напротив рифа. Начинаются танцы и песни. С наступлением темноты на риф посылают наблюдателей, которые в прежние годы держали в руках экзотические факелы из пальмовых листьев, а теперь обходятся обыкновенными электрическими фонариками. Палоло всплывают внезапно, и вода сразу становится густой, как вермишелевый суп. Разведчики пригоршнями черпают извивающуюся добычу и кричат односельчанам: «Палоло пришел!» Все хватают свои сети, корзины, черпаки, ведра и другие орудия лова и спешат на риф. Всего два часа палоло будут плавать на поверхности моря, а затем их оболочки лопнут, и все содержимое размоет вода. За это время нужно успеть собрать как можно больше вкусных и питательных червей. Их едят тут же на рифе еще живыми, запекают, завернув в листья, а также сушат впрок. Потом в течение всего года островитяне питаются сушеными палоло. Они замешивают их на кокосовом молоке и пекут лепешки зеленоватого цвета (наверное, отсюда и образовалось прилагательное в научном названии червя — зеленый).
На островах Самоа морской червь палоло и лакомство, и национальное блюдо.
Биологическое назначение «роения» червей объясняется крайне просто. Одновременный вымет большого количества половых клеток на ограниченном участке облегчает их встречу в безбрежном океане и обеспечивает развитие следующего поколения. Сложнее разгадать механизм биологических часов, которые у сотен тысяч палоло работают с такой удивительной синхронностью: ночь в ночь, минута в минуту. По-видимому, причиной «роения» служит созревание половых продуктов, а сигнал для его начала посылает Луна, наиболее ярко светящая во время полнолуния. При этом между приемом сигнала и ответной реакцией червя проходит всегда одно и то же время — шесть суток: роение начинается на шестую ночь после полнолуния.
Биологические часы играют очень большую роль в приспособлении литоральных организмов к превратностям жизни в приливно-отливной зоне океана.

Комментарии запрещены.