Местоположение биологических часов

Как показали исследования ряда ученых, биологические часы существуют в каждой клетке живого организма. В качестве доказательства приводятся факты, свидетельствующие о наличии суточной периодичности у однокле­точных водорослей.

Отсутствие же биологических часов у некоторых одноклеточных организмов ученые объясняют особенностями строения клетки. Они считают, что биоло­гические часы свойственны тем клеткам, у которых ядро четко отграничено от цитоплазмы специальной мембраной. Такие клетки имеют две мембраны - наружную клеточ­ную (оболочку) и внутреннюю ядерную. Их иногда на­зывают «двухоболочечными» клетками. В отличие от них существуют «однооболочечные» организмы, у которых су­точные ритмы не обнаружены. К их числу относятся раз­личные бактерии, не имеющие четко отграниченного ядра. Наличие биологических часов в каждой клетке жи­вого организма в настоящее время не вызывает сомне­ний. Не выяснен пока вопрос, каким образом взаимодей­ствуют биологические часы всех клеток организма как целостной системы. Не до конца решены вопросы о том, что управляет ходом биологических часов всего организма.

На основании проведенных исследований ученые счи­тают, что в многоклеточных живых организмах сущест­вует иерархия ритмов, при этом биологические часы отдельных клеток синхронизируются с суточными ритмами «ведущих клеток». В настоящее время основная задача ученых - обнаружить клетки, управляющие ритмом всего организма.

Замечательные работы провела в этом направления английская исследовательница Ж. Харкер еще в 1960 г. В тонких и остроумных опытах она определила у тарака­нов центры, управляющие их биологическими часами. Харкер выбрала таракана в качестве объекта своих ис­следований потому, что у него четко выраженная суточ­ная двигательная активность, которая сохраняется при нарушении условий освещения в течение нескольких дней. Кроме того, таракан легко переносит лабораторные условия, неприхотлив в еде (может питаться чем угодно) и отдельные части его относительно слабо развитой центральной нервной системы имеют хорошо выраженную автономию. Так, обезглавленный таракан может прожить несколько дней, бегая и расходуя имеющиеся в нем запа­сы энергии.

Смысл экспериментов Харкер заключался в том, чтобы выявить орган таракана, из которого поступает в кровь вещество, стимулирующее суточную двигательную активность. Она последовательно удаляла один за другим все эндокринные органы, проверяя при этом действие биоло­гических часов таракана.

В результате напряженной работы Харкер удалось об­наружить у таракана орган, от которого зависело возник­новение суточной периодичности движений. Им оказался подглоточный ганглий, расположенный под пищеводом таракана. Размер этого органа очень мал, поэтому удалить его можно было только под микроскопом. Харкер потра­тила почти три года на прижигание мельчайших участков подглоточного ганглия, пока она не нашла четыре нейро-секреторные клетки, играющие важную роль в поддер­жании ритма двигательной активности. Пересаживая эти клетки в кровоток других тараканов, она смогла убедить­ся в том, что именно данные клетки ответственны за вы­деление гормона в определенные промежутки времени. Зная, где находятся биологические часы у таракана, ис­следовательница продолжала выяснять, что заставляет их работать, каков механизм, регулирующий ход ритма.

Один из способов, позволяющий узнать, как работает механизм,- разладить его деятельность. В данном случае необходимо было найти физиологический способ нарушения хода биологических часов. Харкер нашла такой спо­соб. Она подвергла таракана одновременному воздействию двух биологических часов, не совпадающих друг с другом по времени. Эксперимент был длительным и состоял из трех этапов. На первом этапе исследований к таракану с разлаженным суточным ритмом был прикреплен другой таракан, имеющий нормальный суточный ритм. Связь между ними осуществлялась через кровоток. В этом слу­чае таракану был навязан суточный ритм партнера.

На втором этапе исследований была проведена пере­садка подглоточного ганглия обезглавленному таракану от нормального таракана. В проведенном эксперименте у обезглавленного таракана появился нормальный ритм, который сохранялся в течение нескольких дней.

Третий этап исследований состоял в пересадке тара­кану с кембриджским временем «часовых» клеток тара­кана с новозеландским временем. В результате такого эксперимента у кембриджского таракана был разлажен ход биологических часов, после чего в его кишечнике раз­вилась опухоль, и он погиб.