СКОЛЬКО ВРЕМЕНИ?

Каких-нибудь 50—60 лет тому назад почти ни в одной крестьянской семье не было часов, а у пастухов и подавно. Между тем жизнь текла по строгому распорядку. Вставали, обедали, ложились спать в точно определенное время.
Как же люди определяли, который час? В солнечные дни при некотором навыке не так уж сложно определить время по положению солнца. А в пасмурный? По степени освещенности трудно. Ведь количество света, когда не видно солнца, зависит от плотности туч, облаков и от того, какую часть неба они занимают. Значит, у людей, не пользующихся часами, начинают идти внутренние биологические часы.
У меня долгое время не было часов, но я днем и ночью мог определить время с точностью до получаса. Да и сейчас я могу завести свой «будильник» на любой час ночи — проснуться так, чтобы на рассвете быть на берегу любимого омута или не опоздать к началу глухариного тока. Подобный «будильник» есть у всех людей, но не все умеют им пользоваться.
Большое влияние на внутренние часы человека оказывает быстрое перемещение, например, перелет на самолете с запада на восток или обратно. Наблюдающаяся при этом перестройка биологических часов может вызвать длительную бессонницу и даже более тяжелое заболевание. Очень важно своевременно перевести свои часы спортсменам, участвующим в соревнованиях. Вот что говорит заслуженный тренер СССР по легкой атлетике Н. Г. Озолин:
«Наиболее коварным сюрпризом для советских спортсменов оказалась разница во времени. В Мехико мы все стали моложе на девять часов. А, как известно, биологические часы органов и систем очень устойчивы и перестройка их на новый суточный режим для организма представляет большой труд, требующий в среднем две недели».
Биологические часы есть у всех животных. У одних они идут с перебоями, а у других работают, как самый точный хронометр.
В Ленинградском зоопарке хищных зверей кормят в 2 часа дня. Когда приближается время кормления, звери начинают вести себя неспокойно — ходят по клетке взад и вперед и все время поглядывают в ту сторону, откуда должна появиться тележка с мясом. И что самое удивительное — в понедельник, когда у хищников постный день, они никак не реагируют на приближение часа кормления.
Очень интересно поведение медведей в зоопарке. Зимой они малоактивны и долго спят. В воскресенье же, когда много посетителей, которые часто кормят их конфетами, пряниками и другими лакомствами, медведи поднимаются спозаранку и ждут подачки. Следует заметить, что такое внеплановое кормление часто плохо отзывается на здоровье косолапых.
Точными биологическими часами обзавелись тропические светлячки. У самца и самки светлячков имеются фонарики. Отправляясь в полет на поиски самки, самец мигает фонариком. Самочка, сидящая на земле, в ответ подает ему сигналы своим фонариком. Но имеется много разных видов тропических светлячков, которые также переговариваются при помощи световых сигналов. Как самцу узнать, своя самочка ответила или чужая? Оказывается, заметив сигнал, самочка на каждую вспышку света отвечает вспышкой через строго определенное время. А так как у каждого вида светлячков свой особый промежуток между сигналами самца и самки, светлячки никогда не ошибаются*.

Не обходится без биологических часов большинство зверей, обитающих на севере, когда они меняют свой легкий летний наряд на более теплый зимний. Некоторые из них — заяц-беляк, песец, горностай — надевают к зиме белые маскировочные халаты, которые помогают им стать незаметными на белом фоне снега. Зайцу в белом халате легче скрыться от врага, а песцу и горностаю легче незаметно подкрасться к добыче. Оказывается, смена наряда также не обходится без биологических часов. Часы засекают величину светового дня, и, когда день сокращается до определенной величины, животные начинают переодеваться; и переодеваются они тем быстрее, чем ниже температура окружающего воздуха. Это учли звероводы в питомниках, где разводят пушных зверей; их «заставляют» раньше надеть теплую шубу, искусственно уменьшая световой день.
Лето 1972 года я проводил на даче вблизи города Луги. По соседству жил заядлый рыболов, очень пунктуальный человек. Ежедневно в течение всего лета он выезжал на рыбную ловлю в 5 часов вечера и возвращался к 8. И точно в это же время у порога дома, там, где чистили рыбу, появлялась хозяйская кошка. Непонятно, как она заводила свои часы? По освещенности не могла — ведь в июне в 8 часов вечера совершенно светло, а в сентябре чуть ли не полная темнота.
Рассказывают еще более поразительные случаи. Одна кошка, прогуляв всю ночь, являлась домой ровно в 8 часов 10 минут утра. А в каждый понедельник она появлялась на стадионе, чтобы посмотреть, как студенты играют в футбол. И, как утверждает рассказчик, видный американский ученый, кошка ни разу не ошиблась ни днем, ни часом.
Ослов считают тупоумными животными. А вот, представьте себе, на одной ферме в США на поле работали около 100 ослов, и все они, как один, прекращали работу ровно в полдень, и притом без всякого сигнала. До 6 часов вечера их нельзя было заставить работать ни лакомством, ни побоями. В 18 часов они вновь принимались усердно трудиться.
Пользуясь методом условных рефлексов, можно завести часы животных на определенное время.
Каждый рыболов знает, что если длительное время прикармливать рыбу в одни и те же часы в одном и том же месте, то она будет подходить к прикормке именно в эти часы. Хорошо вырабатывается условный рефлекс у пчел. Если вы будете чашечку с сиропом выставлять ежедневно, скажем, в 12 часов дня, то вскоре в это время за взятком будет прилетать множество пчел. К чашечке же, выставленной в другое время, будут прилетать лишь единичные пчелы. Внутренние часы у одних животных идут, не отставая и не спеша, в течение ряда поколений, у других их нетрудно перевести.
У нас в заповеднике Аскания-Нова в течение многих лет живут и размножаются австралийские страусы эму. У себя на родине они несутся летом, что соответствует середине нашей зимы. И вот эму в течение ряда поколений не смогли перевести свои часы и в Аскании-Нова откладывают яйца в сильные морозы прямо в снег.
В лабораторных условиях наиболее «упрямыми» оказались плодовые мушки дрозофилы. 18 поколений одного из видов этих мушек не перевели своих часов, хотя их долгое время держали в условиях, совсем не похожих на природные.
Правильный ход биологических часов нетрудно нарушить у некоторых птиц.
Если кур с первого дня жизни держать попеременно 8 часов на свету и 4 часа в темноте, то ночь будет для них наступать два раза в сутки — скажем, с 12 часов до 16 и с 24 до 4 часов. Куры приспосабливаются к этим условиям. После кормления в 11 часов садятся на насест и в 12 часов засыпают. В середине «дневной ночи» и в конце ее петухи поют. В 16 часов куры отряхиваются, чистят перья и начинают разыскивать корм. При переходе на нормальный световой режим подопытные куры еще долгое время разгуливают в сумерках и спят в самое светлое время дня.
Если жаворонков или скворцов содержать около двух недель в помещении, где свет включается на 6 часов позже, чем выходит солнце, то они переставляют свои внутренние часы. Как известно, солнце за сутки, благодаря вращению Земли, как бы описывает вокруг нее полную окружность, то есть 360°. Следовательно, за час солнце перемещается на 15 дуговых градусов (360/24), а за 6 часов на 90°. Замечено, что птицы, сориентировавшись ранним утром на восходящее на востоке солнце, чтобы попасть на юг, поворачивают влево на 90°. Поэтому птицы, у которых «внутренние часы» отстают от солнечных на шесть часов, во время осеннего перелета должны лететь не на юг, а на восток, что и было подтверждено опытом.
Кряковых уток держали в помещениях при заданном режиме освещения до тех пор, пока они не приспособились спать и кормиться в другое время. У одной группы уток часы переставили на шесть часов вперед, у другой на шесть часов назад, а у третьей их ход изменили на двенадцать часов. Контрольную группу содержали при нормальном освещении. Уток выпустили днем в солнечную погоду. Контрольные птицы, как и всегда осенью в данной местности, полетели на северо-запад. Утки, часы у которых спешили, отправились на юго-запад, а те, у которых отставали, — на северо-восток. Утки же с часами, отличающимися от нормальных на 12 часов, летели на юго-восток, в направлении, противоположном обычному.
Очень просто перевести биологические часы у таракана. Это ночное насекомое. Днем он спит, забравшись куда-нибудь в щель, а ночью выходит на промысел. Если же таракана поместить в помещение, где днем темно, а ночью светло, то вскоре он переставит свои часы и даже в условиях нормального светового дня будет долгое время отправляться в поиски за пищей, когда на улице день.
Было высказано предположение, что действие биологических часов у таракана объясняется поступлением в кровь какого-то гормона.
Для подтверждения этого в спинках двух тараканов проделали отверстия и соединили их кровеносные системы, скрепив тараканов воском. У верхнего насекомого удалили ноги, чтобы ограничить его подвижность. До операции верхний таракан жил в нормальных условиях. Биологические часы у нижнего таракана были разрегулированы непрерывным освещением в течение долгого времени. Когда у пару поместили в условия непрерывного дня, нижний таракан начинал бегать в то самое время, которое соответствовало прежним часам насекомого, неподвижно закрепленного у него на спине. Значит, какой-то гормон верхнего таракана заводил внутренние часы нижнего.
Часы необходимы всем животным, имеющим эхолокаторы. Как известно, звук и в воздухе и в воде распространяется с определенной скоростью и, встретив на своем пути препятствие, он с той же скоростью возвращается обратно. Узнав, через сколько времени звук вернется, летучая мышь или дельфин могут определить расстояние до любого предмета. Ясно, что им не обойтись без самого точного хронометра.
Биологические часы у человека легче разрегулировать, чем животных. В Италии был проведен такой опыт: 20 ученых, 5 кур, петухов и 4 кролика провели неделю в пещере в полной темноте. Оказалось, что после 160 часов пребывания во мраке человек утрачивал чувство времени, а животные сохраняли его на протяжении его опыта.
Большое влияние на жизнь, по крайней мере некоторых морских квотных, оказывает Луна и ее фазы. Как известно, от взаимного расположения Солнца и Луны зависят приливы и отливы. Максимальной высоты приливы достигают примерно каждые две недели, в то время, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой с Землей.
С исключительной точностью идут «лунные» часы у тихоокеанских морских червей-палоло. До поры, до времени эти черви живут в норах среди коралловых рифов. Только один раз в год, в октябре и ноябре в последнюю четверть луны, они появляются в прибрежных водах, чтобы продлить свой род.
Кто же заводит лунные часы тихоокеанских червей? Приливы или отливы? Маловероятно. Из обломков коралла, положенных в ведро, палоло выползают в тот же день и час, как и их свободные родственники в океане. Может быть, лунный свет? Тоже нет. Черви справляют свадьбу даже в самые темные безлунные ночи. Были и другие гипотезы, но пока надо признать, что хронометр палоло остается загадкой.
Не менее удивительно поведение американской рыбки атерины-грюньон. Весной, в дни наивысшего прилива, стаи этих рыбок устремляются к берегам Южной Калифорнии. Когда приливная волна достигает максимума, они выбрасываются на берег; самка зарывается в сырой песок хвостом вперед и откладывает икру. Со следующей волной, накатившейся на берег, атерины покидают пляж и уплывают в океан. Икринки постепенно развиваются в сырой песчаной норке, и личинки выклевываются, когда новая приливная волна взмучивает песок. Это происходит ровно через четырнадцать дней, во время следующего максимального прилива.
Некоторые виды крабов имеют двое часов — солнечные и приливно-отливные. Основной солнечный ритм — изменение темной дневной окраски на светлую ночную. Но самая темная окраска появляется только во время отлива. Биологический смысл такой перемены окраски — маскировка. Интересно, что если содержать крабов при слабом освещении, то они меняют свою окраску по тому же графику.
Более того, если крабов перевезти из Америки в Европу, то они будут жить по тем же солнечным и приливным часам, как у себя на родине.
Очевидно, животным совершенно необходимы биологические часы. Они показывают им, когда следует выходить на охоту, помогают найти правильное направление во время миграции; пользуясь часами, животные находят друг друга и определяют время, когда на свет должно появиться новое потомство.
Следует ли продолжать изучение биологических часов животных? Безусловно да. Познакомимся хотя бы с таким опытом. Тараканам пересадили подглоточный нервный узел — ганглий, взятый у других тараканов, биологические часы которых отличались на двенадцать часов. Теперь жизнь тараканов регулировалась двумя часами — своими и чужими. Оказалось, что почти у всех тараканов появились злокачественные опухоли в желудке. Если же насекомым пересадить часы, идущие «в ногу» с их собственными, никаких опухолей не образуется. Значит, несогласованный ход различных биологических часов, имеющихся в организме животного, может привести к роковым последствиям.
Не менее важно, конечно, изучение биологических часов у человека. В этом направлении пока еще мало сделано. Медики знают только примерно, когда следует кормить больных, когда надо давать те или другие лекарства. Как надо работать, чтобы меньше утомляться. Но все это только первые шаги. Впереди еще много работы. Надо узнать, что пускает в ход биологические часы и чем обусловлены колебания их маятника.
Ученым предстоит обнаружить, где находятся биологические часы у различных животных и человека, а инженерам создать действующую модель внутренних часов. Это сулит много увлекательных и важных открытий.