Как работают наши биологические часы

Новыми лауреатами престижной научной премии стали трое американских биологов: Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг. Нобелевский комитет отметил их исследования циклических колебаний интенсивности суточных биологических процессов, протекающих в организме. Ученые называют эти ритмы циркадными (отлатинских circa – «около» и dies – «день»). Эксперты Нобелевского комитета отметили, что благодаря открытию американцев удалось «проникнуть внутрь наших биологических часов и пролить свет на процесс их работы»».

Удивительные ритмы Солнца

Первые исследования суточных биоритмов начал еще в 1729 году французский астроном Жан-Жак де Меран. Он ставил опыты над растениями-гелиотропами, реагирующими на солнечный свет. Например, подсолнечник в течение дня «следит за солнцем, поворачивая за ним соцветие. Де Меран помещал в затемненную лабораторию различные гелиотропы и открыл, что их цветки и листья поднимаются и опускаются так же, как и в природе. В Советском Союзе аналогичные эксперименты проводил основатель гелиобиологии Александр Чижевский. Александр Леонидович многократно демонстрировал, что циркадные ритмы есть у всех организмов, включая одноклеточных, бактерий и микробов.

В 1984 году советские биологи выделили ген, контролирующий суточные ритмы плодовых мушек – дрозофил. Этот ген кодирует особый белок, регулирующий суточный цикл животных, растений и человека. У нас с вами это проявляется не только в чередовании сна и бодрствования, но и в изменении температуры тела и кровяного давления. Затем стало известно, что человек долгое время может продолжать придерживаться привычных периодов сна даже в отсутствие смены дня и ночи.

Если какой-то процесс, отклонившись от начального уровня, возвращается к нему же, это называется циклом, а если циклы повторяются несколько раз, говорят о ритмах. Биоритмов в организме человека более 300: суточные, месячные, годовые…

Исследователи выяснили, что в условиях полной изоляции организм продолжает жить по циркадным ритмам, хотя при этом сутки растягиваются до 25-27 часов. Это естественное -расширение- суток до сих пор является одной из главных загадок науки о «живых часах» – хронобиологии.

Еще одна загадка связана с индивидуальными ритмами отдельных клеток, принадлежащих тому или иному организму. Например, биоритм клетки из организма человека-совы будет отличаться от активности клетки человека-жаворонка. Первые активны до глубокой ночи и встают поздно, а вторые ложатся в «детское время» и пробуждаются рано утром.

История нобелевских исследований

История нынешних нобелевских лауреатов началась с того, что в начале 1990-х годов Майклу Росбашу попалась статья российских исследователей о суточных ритмах дрозофил. Продолжив опыты коллег, профессор Росбаш выяснил, что один из генов плодовых мушек не только регулирует количество белка в светлое и темное время суток, но и поддерживает эти колебания в темноте.

Вскоре к экспериментам Росбаша присоединился его друг и коллега профессор Холл. Вместе они исследовали два других гена дрозофил, связанных с циркадными ритмами. В дальнейшем к изучению генетической основы циркадных ритмов подключился и профессор Янг.

Сегодня возможность управления биоритмами изучают во многих лабораториях мира. Одним из лидеров подобных исследований является Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева. Здесь под руководством доктора биологических наук профессора Алексея Инюшкина на кафедре физиологии человека и животных проводятся опыты перевода биологических часов. Для этого проверяются сотни биохимических регуляторов, влияющих на самочувствие человека при быстрой смене часовых поясов – джетлаге. Этот синдром смены часовых поясов объясняется высокой самосогласованностью всех ритмов человеческих органов. Из-за рассогласования биоритма человека с суточным циклом Земли могут возникать различные нервные болезни, снижаться иммунитет и работоспособность.

Уже достигнуты впечатляющие результаты, позволяющие на несколько часов сдвигать биоритмы сов и жаворонков, превращая их в «обычных» людей, следующих за суточным ритмом, а также готовить пассажиров сверхдальних рейсов к трансатлантическим перелетам.

Между тем последние данные говорят о том, что уже в недалеком будущем ученые смогут не только предложить «хронобиологические» препараты совам, жаворонкам и путешественникам, мучающимся от джетлага, но и приступить к масштабному лечению «синдрома перехода на зимнее-летнее время» и космической болезни (состояние, которое испытывают от трети до половины всех космонавтов во время адаптации к невесомости).

Искусственное время

Столетие назад, после Февральской революции. Временное правительство одним из своих декретов впервые перевело стрелки часов с зимнего времени на летнее. Авторы этого декрета ссылались на пример Великобритании, которая первой в мире еще в 1908 году перешла на летнее время. Тогдашние политики руководствовались расчетами специалистов, предсказывающих большую экономию энергоресурсов при изменении ритма жизни в границах светлого времени суток. С тех пор не утихают споры хронобиологов: стоит ли резко менять уклад жизни миллионов людей или сдвиг не сильно влияет на биоритмы?

Сегодня ученые все чаще склоняются к мнению, что лучше не пытаться искусственно влиять на биологические ритмы. Или делать это медленнее, скажем, осуществляя перевод часов в течение недели.

Легендарный полет «Чайки»

Вокруг полета первой женщины-космонавта Валентины Терешковой, в июне 1963 года 48 раз облетевшей Землю, всегда было много легенд. Между тем полет «Чайки» (позывной Терешковой) не только открыл новую страницу космической медицины, но и очень важен для нарождающейся частной пилотируемой космонавтики и космического туризма.

Между тем. согласно популярной городской легенде, якобы Терешкову с первых минут полета поразили приступы загадочной космической болезни. При этом женщина-космонавт, по слухам, питалась не по графику, жаловалась на приступы клаустрофобии (боязни замкнутого пространства), потом не смогла перейти на ручное управление, долго не выходила на связь. Она даже не смогла вести бортовой журнал, судорожно сломав все карандаши. Не менее фантастична и история приземления, когда якобы Терешкова надолго потеряла сознание, а придя в себя, раздала все бесценные экспериментальные тюбики космического питания местным жителям, а сама угощалась картошкой с луком, соленостями и салом, запивая это кумысом. Что же произошло в действительности на околоземной орбите?

Загадка космической болезни

В официальных данных нет ничего о катастрофическом состоянии женщины-космонавта. Однако уже в начале нашего века появилось свидетельство профессора Владимира Яздовского, стоявшего у истоков космической медицины.

По словам Яздовского, полет Терешковой показал, насколько женщины хуже переносят пребывание в космосе. Уже в первые сутки у них развивается синдром космической болезни. В случае с Терешковой большую роль сыграл нервный стресс, вызванный суточной задержкой старта из-за аномальной солнечной активности. Все это сильно увеличило психоэмоциональную нагрузку уже в первые часы полета и «сбило ритм предстартовой подготовки».

Яздовский делает вывод, что Терешкова, по данным телеметрии и телевизионного контроля, перенесла полет в основном удовлетворительно. Она успешно боролась с приступами космической болезни, поэтому переговоры с наземными станциями связи проходили в замедленном темпе, с паузами. Когда проявлялись симптомы космического недомогания, женщина-космонавт замирала, пережидая приступы тошноты и головокружения…

Все это заставляет задуматься о перспективах частной пилотируемой космонавтики и космического туризма.

Нарушенные биоритмы

Вопросы происхождения и течения космической болезни до сих пор не решены полностью. Медики так и не пришли к единому мнению, как космонавтам (в особенности женщинам) противостоять этому «вызову перегрузок и невесомости». Парадоксально, но главные рекомендации сводятся именно к тому, что делала Терешкова: меньше двигаться, замерев в одной позе, больше пить и придерживаться строгой диеты, а лучше на время вообще отказаться от еды.

Разумеется, за прошедшее время было выдвинуто много гипотез, среди которых встречаются и довольно экзотические, вроде влияния на космонавтов магнитосферы Земли, возбужденной потоками солнечной плазмы. В солидных научных трудах данная проблема часто обходится стороной, и специалисты лишь глубокомысленно отмечают связь космической болезни с ее морской и воздушной разновидностями, а также общим синдромом укачиваемости.

Гораздо дальше продвинулись в данном вопросе отечественные ученые. К примеру, известный космический медик Всеволод Бурда предложил версию «орбитального сбоя циркадных ритмов».

Теперь становится ясно значение полета «Чайки». Ведь современные частные аэрокосмические компании, спеша урвать свой «кусок космического пирога», экономят на подготовке не только будущих космических туристов, но и частных астронавтов! Стоит ли сомневаться, что такое легкомыслие обернется в будущем настоящей эпидемией космической болезни.