Человек учится концентрировать и удлинять биологическое время

У некоторых индийских фокусников есть удивительный номер. Они берут зернышко лимонного дерева, сажают его в землю, и на глазах у изумленной публики вырастает дерево. Затем на дереве появляется зеленый плод, он желтеет. В естественных условиях для этого необходимо несколько лет, на сцене происходит за считанные минуты.

Интересно, а нашли ли биологи концентраторы и ингибиторы времени для живых организмов? Ведь пока мы знаем одно - биологические часы очень трудно разладить колебаниями температуры, только сильное охлаждение может их остановить. Успехи управления живыми часами пока невелики. У некоторых животных можно "подвести" стрелки биологических часов. Вспомним таракана, который делает все не так, как его сородичи. Таракана охладили на 12 часов, а затем содержали при нормальной температуре. Его живые часы опять пошли, но стали отставать на полсуток, поэтому он ведет себя необычно в тараканьей семье - все делает на 12 часов позднее. Можно у того же таракана совсем разладить биологические часы. Достаточно его поместить в условия непрерывного освещения, и он забудет о суточной ритмике, хотя внутренние маятники его часов будут работать.

А вот еще интересный опыт. На этот раз с мелкими лабораторными мушками дрозофилами, вернее, с их развитием. Эти мушки из куколок выходят в предутренние часы, так сказать, с появлением первого солнечного луча. Часы своего развития дрозофилы сверяют с солнечными часами. Попробуем теперь поместить дрозофил в полную темноту. Часы, следящие за развитием, разлаживаются. Мухи начинают выходить из куколок в любое время суток. Однако достаточно секундной вспышки света, чтобы развитие синхронизировать. Вспышку света можно уменьшить даже до 0,005 секунды, и все равно синхронизирующее действие проявится. После этого развитие идет синхронно, и выклев мушек из куколок происходит одномоментно.

Только резкое охлаждение - до 0° и ниже - влечет за собой остановку живых часов. Но это только остановка, стоит отогреть организм, как часы снова пойдут и будут отставать ровно на столько часов, насколько их остановили. У птиц и млекопитающих, имеющих постоянную температуру тела, часы в норме идут почти в одинаковом темпе. А как быть рыбам, лягушкам и ящерицам, ведь у них не постоянная температура тела, а такая, как во внешней среде. Оказывается, и у этих существ, несмотря на резкие колебания температуры тела, часы идут с одинаковой скоростью.

Неужели только резкие охлаждения и вспышки света могут изменить ход биологических часов? Совсем нет. Существует целый ряд химических веществ, способных влиять на ход живых часов. Ученые установили, что вещества, задерживающие образование информационной РНК, например антибиотик актиномицин-Д, влияют на ритмику фотосинтеза у водорослей. Спирт явно замедляет биологические часы, иногда суточные ритмы под его влиянием сдвигаются на 5 часов. Сходно действуют папаверин и наркотин, правда, замедление ритмов от этих веществ не столь велико, как от спирта.

До этого разбирались только возможности остановки биологических часов либо замедление их работы химическими веществами. А делали ли биологи обратный эксперимент - ускоряли биологическое время или концентрировали его? Может быть, сама природа уже поставила такой эксперимент и существуют организмы, у которых сконцентрировано время?

Вот коловратка, микроскопическое, но многоклеточное существо. Некоторые виды коловраток живут всего одну неделю. За эту неделю у них проходит вся жизнь. Коловратка выводится из яйца, растет и старится, к старости у нее ухудшается зрение, на теле появляются морщины, откладывается жир, а быстрое плавание сменяется неторопливым ползанием. Все признаки старения, а ведь вся жизнь прошла за несколько дней. Коловратки микроскопически малы, размером в десятки микронов, но зато у них есть почти все органы, характерные для многоклеточных животных. Правда, каждый орган состоит всего из нескольких клеток. Глаз, например, из двух клеток: одна клетка - хрусталик, другая - сетчатка.

С какой же скоростью протекают жизненные процессы у коловратки - как у человека или в 3 тысячи раз быстрее? Именно на эту величину и отличается продолжительность жизней. Не исключено, что время у коловратки сконцентрировано по отношению к нам, людям.

Так как же можно сконцентрировать биологическое время, переместиться в микроскопический мир коловратки с его быстротечностью или же во много раз усилить биоритмику, заставить клетки делиться быстрее обычного, но соблюдать при этом общую организацию организма?

Экспериментатору, какой бы прибор в его руках ни был, надо стремиться как можно меньше вмешиваться в живую систему и вводить в нее те или другие датчики. Если ввести в клетку электрод или просто приложить его к поверхности, то сигналы о биоритмах будут поступать не от нормальной, а от поврежденной клетки. Прав был Мефистофель у Гёте, высказавший мысль о заколдованном круге в изучении живого:

 Чтобы живое изучить,
 его сначала убивают,
 потом на части разрезают,
 но связи жизненной, увы,
 там не открыть.

Сама природа дала исследователю прибор, который позволяет следить за временем, протекающим в живой клетке, не внедряясь внутрь ее и сильно не нарушая взаимосвязи с другими структурами. Прибор этот - процесс деления самой клетки, или митоз. Он позволяет следить за жизненным циклом клетки, касаясь ее только световым лучом. Воздействие, конечно, есть, но оно минимально по сравнению с другими методами. Давайте посмотрим, как идет деление клетки у млекопитающих с самого начала развития.

На первый взгляд кажется несколько странным, что слон, человек, мышь и другие млекопитающие, так сильно различающиеся по размерам и по продолжительности жизни, первые шаги на жизненном пути проделывают с одинаковой скоростью.

У всех развитие начинается с одной клетки. Вот и сравним, как оно идет у слона и мыши. Слон живет около 60 лет, а мышь - 2-3 года. Эмбриональное развитие у мыши составляет 21 день, а у слона жизнь до рождения длится 660 дней, почти два года. Первые стадии развития у них начинаются с одинаковой скоростью, а как по-разному заканчиваются: слоненок только рождается, а мышь к этому времени прожила почти всю свою жизнь. Может показаться, что биологическое время у мыши бежит быстрее, чем у слона, быстрее начинается деление клеток и развитие заканчивается раньше. Оказывается, это не так. И мышонок, и слоненок, если их на этой стадии можно так назвать, первые 7 дней развиваются без связи с материнским организмом через плаценту, и скорость клеточных делений при этом у них одинаковая. Но для слона 7 дней развития из 660 почти ничего не значат, а для мыши это треть всего развития в организме матери. Как надо сконцентрировать время, чтобы за оставшиеся две недели сформировался мышонок, способный жить самостоятельно, вне организма матери? Почему же в первую неделю развития биологическое время у зародышей мыши и слона идет с одинаковой скоростью?

Ученые выяснили этот вопрос. Оказалось, что в этот период у всех зародышей млекопитающих, за некоторым исключением, куда, возможно, попадает человек, биологические часы работают без генной регуляции. Настрой ритмам задают механизмы, полученные еще во время созревания яйцеклетки, а новая программа, сложившаяся после оплодотворения, молчит. Чтобы убедиться в этом, генетики и эмбриологи ставили различные опыты: ядро, где сосредоточен генетический аппарат, выжигали лазерным лучом, облучали смертельными дозами рентгеновских лучей или просто удаляли микрохирургическими инструментами. Однако деление оплодотворенной яйцеклетки не прекращалось и продолжалось до тех пор, пока "завод", полученный еще до слияния со сперматозоидом, не кончался. Но такой зародыш без ядер мог дать только массу клеток. Нужно было набрать эту массу клеток, из которых придется строить органы, а на эту операцию отводилось как бы сконцентрированное время, операция проста - дробление или деление клеток, и на нее расходуется весь "завод" пружины биологических часов.

Как только начинается органогенез, или строительство органов, снова заводится пружина биологических часов. Но теперь каждый завод делается с осторожностью и не до конца. Вся работа живых часов идет под контролем генетического аппарата. Чем сложнее становится организм по мере развития, тем с большей четкостью гены выдают информацию, следуя строгой временной программе развития. Организм начинает довлеть над клеточным временем и регулировать его. Для этой цели используется и нервная система, и гормоны. Биологическое время при такой сложнейшей регуляции все более и более замедляется и становится минимальным к моменту рождения.

Такое же замедление биологического времени по мере развития можно отметить и у других классов животных. Мне не раз приходилось делать микрохирургические операции на эмбрионах амфибий, и всякий раз в поле зрения возникает картина, поражающая воображение. Получается картина, сходная с тем, что было у факира, выращивающего лимонное дерево. У эмбриона, биологические часы которого еще слабо сдерживаются генетическим аппаратом и гормональными влияниями, раны зарастают прямо на глазах, поврежденная кожа тут же принимает прежний вид. Биологическое время на ранних стадиях развития по отношению к взрослому состоянию сконцентрировано.

А можно ли снять тормоз времени у взрослого организма и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют биологическое время?

Вся опасность в этом случае заключается в нарушении биологических часов. Ускорение обмена веществ и деление клеток должны быть гармоничными по отношению ко всему организму, нельзя, чтобы какая-то часть или орган обгоняли по ритмике остальные части организма. Что получается при разлаживании живых часов, мы обсудим позже.

Существуют способы, позволяющие ускорить обмен веществ и ритмику внутриклеточных систем за счет использования резервов, которые клетки сохраняют на случай опасности. Значит, если дать сигнал опасности, то клетки частично снимут временной тормоз и колебательные процессы в организме пойдут с большей скоростью. Для этого необходимо воздействовать на те гены, которые регулируют скорость химических взаимодействий огромных биомолекул внутри клетки.

Как же можно подать клетке сигнал опасности? В процессе эволюции в клетках выработался механизм, воспринимающий продукты распада, которые получаются от страдающих по соседству клеток как сигнал опасности. Обычно молекулы, сигнализирующие об опасности, однотипны у разных организмов. Они образуются из биомолекул, в первую очередь распадающихся при вредном для организма воздействии. Получив сигнал опасности, биологические часы частично освобождают клетки от генной и гормональной опеки, и клеточные деления увеличиваются как у растений, так и у животных. Вот почему листья алоэ, находящиеся в холодильнике при 4°С, содержат вещества, способные ускорить клеточные деления и обмен веществ у других организмов. Такие вещества, вырабатывающиеся в тканях животных и растений, подвергнутых неблагоприятному воздействию, назвали биогенными стимуляторами.

Возможно, что в скором времени управление биологическими часами в живых клетках приобретет важное практическое значение. Английская исследовательница Жаннет Харкер провела интересные опыты. Охлаждением она разлаживала биологические часы у тараканов: держала их в холодильнике 12 часов. Биологические часы таких тараканов отличались от биологических часов контрольных тараканов тоже на 12 часов. Далее Ж. Харкер сделала сложнейшую микрохирургическую операцию - пересадила подглоточный ганглий (часть мозга таракана), ведающий скоростью живых часов, контрольному таракану. У этого таракана стало два центра, управляющих биологическим временем, но их работа различалась на 12 часов. Таракан совсем был сбит с толку, он не мог определить ночь и день, принимался есть, тут же засыпал, но через некоторое время другой ганглий будил его. В результате в кишечнике таракана развилась опухоль, от которой он погиб. Повторные опыты приводили к тем же результатам - разлаживание биологических часов приводило к развитию злокачественных опухолей. Можно ли распространить сделанный вывод на высших животных и человека? Конечно, нет. Нужны тщательные исследования этого вопроса.