Биологические часы
|
25 Октября 2011
М. М. Пришвин в рассказе «Золотой луг», вспоминая свое детство, писал:«...раз мне удалось сделать открытие. Мы жили в деревне, перед окном унас был луг, весь золотой от множества цветущих одуванчиков... Все говорили:«Очень красиво. Луг золотой». Однажды я рано встал удить рыбу и заметил,что луг был не золотой, а зеленый. Когда же я возвращался около полуднядомой, луг был опять весь золотой. Я стал наблюдать. К вечеру луг опятьпозеленел. Тогда я пошел, отыскал одуванчик, и оказалось, что он сжал своилепестки, все равно как если бы у нас пальцы со стороны ладони были желтыеи, сжав пальцы в кулак, мы закрыли бы желтое. Утром, когда солнце взошло,я увидел, как одуванчики раскрывают свои ладони, и от этого луг становитсяопять золотым. С тех пор одуванчик стал для нас одним из самых интересныхцветов, потому что спать одуванчики ложились вместе с нами, детьми, и вместес нами вставали».
Маленький Пришвин сделал открытие, которое раньше его сделали многиеученые, а еще раньше — простые земледельцы. Оказывается, цветки в течениесуток способны открываться и закрываться.
В 1755 г. знаменитый шведский ботаник К. Линней устроил в ботаническомсаду в Упсале цветочные часы, или часы флоры, в виде клумбы. На ней голубыесоцветия цикория и розовые цветки шиповника раскрывались в 4—5 ч утра,соцветия одуванчика— в 5—6 ч. Несколько позднее, в 6—7 ч утра, раскрывалисьцветки картофеля, а еще позднее, в 9—10 ч, — соцветия ноготков, цветкикрасной смолевки, кислицы. Вечером цветки последовательно закрывались.На этикетках было указано, в какие часы открываются и закрываются цветкиили соцветия каждого растения. В зависимости от широты места время, в котороеоткрываются и закрываются цветки, меняется.
Есть в природе и звучащие «живые часы». Весной и летом можно легко определитьвремя по пению птиц. Соловей просыпается в начале второго часа ночи. В2—3 ч утра начинает петь полевой жаворонок. В 5 ч просыпается зяблик. Авот воробей, живущий рядом с человеком, просыпается поздно — в 6 ч. Самыйверный утренний будильник — петух, причем не только весной и летом, а влюбое время года.
Выходит, что растения и животные «знают» время? Да, только измеряютего особые часы — биологические. Биологическими часами обладают все организмырастения, насекомые, птицы, рыбы, млекопитающие, в том числе и человек.
Человек настолько привык пользоваться искусственными часами, что оченьредко прибегает к естественным «головным» часам. Однако многие люди обладаюточень точным чувством времени. Великий физиолог И. П. Павлов говорил: «Какмы отличаем время? Мы делаем это при помощи разных циклических явлений,захода и восхода солнца, движения стрелок по циферблату и т. д. Но ведьу нас в теле этих циклических явлений тоже немало. Головной мозг за деньполучает раздражения, утомляется, а затем восстанавливается. Пищеварительныйканал то периодически занят пищей, то освобождается от нее. И так как каждоесостояние органа может отражаться на больших полушариях (мозга), то воти основание, чтобы отличать один момент времени от другого».
В наше время эти слова ученого получили полное подтверждение. Доказано,что у позвоночных животных и человека центр, управляющий биологическимичасами всех тканей и органов тела, находится в центральной нервной системев мозгу. Мозг связан . с особыми органами — железами внутренней секреции.Они выделяют активные вещества — гормоны. С помощью гормонов нервнаясистема управляет суточным ритмом всех процессов, идущих в теле человекаи животных. Так, например, свет, воспринимаемый глазом, возбуждает симпатическуюнервную систему, а она заставляет надпочечники выделять в кровь гормонадреналин. Темнота возбуждает парасимпатическую нервную систему, под действиемкоторой гипофиз повышает выработку меланофорного гормона. Соотношение концентрацийэтих двух гормонов определяет периодичность работы всех органов тела животныхи человека — мозга, сердца, легких, желудка, печени, почек и др. Периодичностьработы этих органов связана с периодичностью процессов работы и отдыха,ускорения и замедления питания составляющих их клеток.
В сложном организме человека свыше 40 периодически повторяющихся процессов.Это усиление и ослабление работоспособности различных органов (мозга, сердца,почек, легких, желудка, кишечника, печени), понижение и повышение в составекрови и лимфы концентрации различных веществ и т. п. У животных и людейвнутренние периодические движения совершаются с несравненно большей частотой,чем у растений. Например, сердце человека сокращается более чем 60 разв минуту, а у маленькой синички-московки — до 1200 раз в минуту.
У растений свет и темноту воспринимает каждая клетка. Особый пигментфитохром заряжается положительно под действием изменений спектральногосостава света при восходе солнца и теряет положительный заряд под действиемизменений све-
тового спектра при закате солнца. Передача возбуждения от пигмента кплазме клеток происходит при участии того же вещества (ацетилхолина), котороеслужит переносчиком возбуждения в нервной системе животных. С помощью фитохромаклетки растений могут как бы отсчитывать «светлое» и «темное» время.
Установлено, что у растений есть 13 физиолого-биохимических процессов,протекающих в их организме с определенным ритмом, т. е. с размеренным чередованиемусиления и ослабления. Например, открывание и закрывание цветков, замыканиеи размыкание устьиц, усиление и ослабление фотосинтеза, транспирации, дыханияи т. п. В Индии есть растение десмодиум, которое постоянно через каждые1,5—2,5 мин то поднимает, то опускает свои прилистники. Эти движенияследствие постоянной пульсации плазмы в клетках растения.
Цветочные часы: вверху слева направо — цикорий, шиповник, мак, одуванчик,картофель; внизу — лен, белая кувшинка, красная смолевка, ноготки, кислица(на стрелках указано время открывания и закрывания цветков).
Чередование (смена) периодов усиления и ослабления того или иного физиологическогопроцесса невозможно без способности измерять время. Эта способность живыхорганизмов, зависящая от наследственных особенностей и от внешних условий(нормальное питание, дыхание, смена дня и ночи, времен года), и называетсябиологическими часами.
Обычные часы заводятся при помощи пружины, а биологические — с помощьюэнергии, образующейся при питании и связанном с ним дыхании. Если растениепоместить в постоянную темноту, то в течение нескольких суток его листьясохраняют свойственную им периодичность движений. Однако вскоре она утрачивается,так как без света нарушается питание клеток, тканей и органов растения.Учение о периодических изменениях в ходе физиологических процессов у растений,животных и человека называется биоритмологией, т. е. учением о жизненныхритмах.
В течение многих миллионов лет животные, растения и человек приспособилиськ суточной смене условий (дня и ночи) и к годичной смене условий (временгода). Они приобрели биологические часы и биологический календарь, свойособый ритм жизни, т. е. размеренное чередование периодов активности иотдыха, соответствующее периодическим явлениям во внешней среде.
У всех организмов в процессе эволюции сложились суточные и сезонные(годичные) ритмы жизни. Суточные ритмы проявляются в смене сна и бодрствованияу животных, в открывании и закрывании цветков у растений, в суточном ритмесамых разнообразных процессов у тех и других. Годичные ритмы у однолетнихрастений проявляются в ежегодном повторении всего жизненного цикла (см.ст. «Рост и развитие растений»), а у многолетних растений — в ежегодномцикле жизни побегов (весеннее распускание почек, цветение, плодоношение,осенний листопад). У животных также имеются годичные циклы, например уперелетных птиц весеннее возвращение на место гнездования, выведение птенцов,осенний отлет в другие края и т. п.
Изучение биологических ритмов имеет большое теоретическое и практическоезначение. Знать ритмы жизни домашних животных необходимо для того, чтобыправильно ухаживать за ними: правильно кормить, чередовать периоды активностии отдыха. От этого зависит продуктивность домашних животных, например яйценоскостьу кур. Знать ритмы жизни у диких животных полезно охотникам и рыболовамдля успешной охоты и рыбной ловли. Специалистам по борьбе с вредными насекомыми,грызунами, хищниками надо точно знать биологический календарь, т. е. сезонныеизменения активности тех или иных животных, и их биологические часы, т.е. суточные колебания физиологических процессов.
Очень важно знать биологические ритмы жизни растений. Можно заставитьюжные растения цвести на севере, давая им укороченный день и удлиненнуюночь, т. е. условия, к которым они приспособились у себя на родине. Напротив,растения севера можно заставить цвести на юге, давая им дополнительноеосвещение и укорачивая период темноты. Чтобы успешно бороться с сорнякамис помощью гербицидов, надо знать время максимальной чувствительности техили иных сорняков к гербицидам и время минимальной чувствительности к нимкультурных растений.
Очень важное значение имеют данные биоритмо-логии для человека. Так,лечение многих болезней состоит в налаживании нормального ритма работысердца, легких, желудка, кишечника и в особенности центральной нервнойсистемы.