Внутренние часы.

      Надо проверить вечернюю температуру, - говорит врач. Зачем ждать до вечера? Не все ли равно, когда поставить термометр? Разве температура нашего тела утром не такая, какой она будет через 6-8 часов? Оказывается, не только у больного, но и у здорового человека температура тела утром всегда ниже, чем вечером. И не только температура тела меняется в течение суток. Дыхание днем и ночью тоже не одинаковое. Сердце бьется в дневное время не в таком ритме, как в ночное. Значит, в организме имеются свои внутренние - биологические - часы, и ход этих часов как-то связан с вращением Земли, со сменой дня и ночи.

      Все организмы имеют такие биологические часы. Они, как будильник, дают на рассвете сигнал к пробуждению всем дневным животным и, наоборот, указывают ночным, что им пора на дневной отдых. Спозаранку просыпается большинство лесных птиц. А сова, филин и другие ночные птицы только после захода солнца начинают поиски пищи, когда дневные птицы уже угомонятся.

      Как же животные отмеряют время, каким образом они запоминают его? Именно запоминают, как это показали опыты с пчёлами.

      В определенное время суток, с 9 до 11 часов утра, пчелам выставляли кормушки с сахарным сиропом. А в остальные часы кормушки были пустыми. Через несколько дней такого регулярного кормления пчелам устраивали экзамен - проверяли, помнят ли они время, когда их угощают. Пчелы экзамен выдержали: больше всего насекомых прилетало с 9 до 11 часов. Пчел не удавалось сбить с толку. Пробовали освещать их непрерывно днем и ночью или, наоборот, содержать круглые сутки в полной темноте - пчелы оставались неизменно точными. Их биологические часы не отставали и не спешили - во всех случаях насекомые посещали кормушку в одно и то же время. Пчел можно было приучить прилетать к кормушке в любое время суток: они быстро поддавались дрессировке. Но пчелы могут прилетать только через 24 часа! А вот, например, каждые 19 часов они не могут отсчитывать. Работа биологических часов связана только с сутками. Эти часы дают пчелам возможность в течение нескольких дней, не вылетая из улья при плохой погоде, помнить время, в которое цветки выделяют нектар.

      Где находится механизм, который управляет биологическими часами? Ответ на этот вопрос получили в опытах с тараканами. Эти ночные животные, которые у всех вызывают отвращение, оказались полезными для науки. Сначала подопытным тараканам портили их биологические часы. Для этого их держали круглосуточно на свету или в темноте. Через 4-6 дней эти тараканы уже не делили сутки на день, когда они малоподвижны, и на ночь, когда они активно двигаются. Они то быстро бегали, то отдыхали. Путали день и ночь и тараканы с закрашенными черным лаком глазами. Затем опыты усложняли. Брали двух тараканов и хирургическим путем соединяли их так, что кровь их смешивалась. При этом один таракан оказывался над другим. Верхний таракан был обычный, а нижний - с испорченными биологическими часами. Но через некоторое время после соединения нижний таракан переставал беспорядочно дрыгать ногами: у него восстанавливалась его обычная активность только в ночное время.

      Каким же образом происходила починка часов нижнего таракана? Какое влияние оказывал на него верхний партнер? И на этот вопрос удалось ответить опытным путем. Оказалось, что можно и не соединять двух тараканов, чтобы одному из них исправить часы. Достаточно таракану с испорченными часами пересадить клетки от обычного таракана. Но не любые клетки какого попало органа, а только нервные клетки из подглоточного нервного узла. Тогда стало ясно, что именно эти клетки выделяют вещество, которое ведает суточной деятельностью животного. Оно и переносилось кровью из тела верхнего таракана к соединенному с ним нижнему. Образование этого вещества начинается сразу после наступления темноты. Теперь понятно, почему у невидящих тараканов нарушался обычный ритм жизни, - ведь через глаза передается сигнал к клеткам, вырабатывающим это вещество.

      У человека тоже нашли клетки, связанные с биологическими часами. Расположены они в мозге. В головном мозге - как бы главный часовой механизм. А в разных органах и в их клетках имеются свои часы, со своим ходом. Более сотни процессов в теле человека изменяются в течение суток. Мы уже говорили о дыхании, температуре, работе сердца. Ночью понижается память (особенно между 2 и 4 часами), увеличивается число ошибок при решении задач. Мышечная сила человека больше всего с 8 до 12 и с 14 до 17 часов, а с 2 часов ночи до 5 утра и с 12 до 14 часов человек наиболее слаб.

      Когда биологические часы идут нормально, мы и не замечаем их хода. А вот поломка этих часов дает о себе знать. Её всегда ощущают люди, которым приходится пересечь временные пояса Земли при перелете с запада на восток или, наоборот, с востока на запад. Например, при перелете из Москвы в Хабаровск (разница во времени в этих городах составляет 7 часов) человек испытывает слабость, утомление, желание спать, днем и бодрствовать ночью. Неисправность внутренних часов чувствуется и при работе с непривычки в другую смену. Требуется несколько дней для перестройки биологических часов. Вот почему, чтобы быть здоровым, чтобы организм работал правильно, не сбивался со своего суточного ритма, необходимо соблюдать режим: вовремя ложиться спать, в одно и то же время вставать, в определенные часы есть и делать уроки.

      Изучают суточные ритмы в самых разных направлениях. С развитием космонавтики возникла новая область медицины - космическая медицина. В её задачи тоже входит изучение биологических часов. Необходимо знать, в какие часы суток человек лучше переносит различные перегрузки - действие ускорений, недостаток кислорода...

      Надо выяснять, в какое время суток наиболее чувствительны клетки того или иного органа к действию на них разных лекарств. Может случиться, что лекарство не оказывает никакого влияния только потому, что его принимают не в те часы.

      Мы должны внимательно относиться к ходу наших биологических часов.

 

Были и небылицы.

      Одним из подвигов Геракла, героя древнегреческих мифов, было уничтожение Лернейской девятиглавой гидры, которая обитала в болоте. Она пожирала путников и отравляла дыханием все живое. Геракл смело вступил в единоборство с ней. Своим мечом он отрубал одну за другой головы чудовища. Но едва стекала из раны черная кровь, как на месте отрубленной головы вырастали две новые. Только когда огонь факела касался ран, головы не вырастали.

      А в русских народных сказках Иван-царевич не менее отважно отсекал головы у трехголового змея. И опять на месте отрубленной головы появлялись две новые. Откуда брались такие истории? Вероятно, давным-давно люди заметили, что у ящерицы отрастает оторванный хвост, а из половинок дождевого червя образуются два целых червя. Тяжелые ранения во время кровопролитных войн вызывали мечты о волшебных исцелениях. Вот и появлялись сказочные истории.

      А может ли действительно на месте отрезанной конечности вырасти новая? Дорастает ли кусочек живого тела до целого организма? Чтобы ответить на подобные вопросы, недостаточно случайных наблюдений. Необходимо ставить опыты.

      Первые опыты по восстановлению частей тела провел французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр. Он был не только зоолог и ботаник, но еще физик и химик; он изобрел и спиртовой термометр. Реомюр наблюдал, как на месте отрезанных ног у речного рака вырастают другие. Он ввел в науку новое слово - "регенерация": от латинских слов "ре" - "снова" и "генератио" - "возникновение". Работа Реомюра о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 году. Но она прошла незамеченной, и сам Реомюр прекратил свои опыты.

      Только спустя 28 лет швейцарский натуралист Абраам Трамбле продолжил опыты по регенерации. Существо, на котором он экспериментировал, тогда не имело еще названия. Да и не ясно было, животное это или растение. Оно имело вид полого стебелька, который задним концом прикреплялся к стеклу аквариума или к водным растениям, а на переднем имел щупальца. Когда это существо разрезали на отдельные кусочки, то из каждого из них вырастало целое существо, подобно тому, как из черенка растения вырастает целое растение. Но это все-таки было животное, да еще хищное, которое питалось мелкими рачками. А когда Трамбле делал продольные разрезы на переднем конце этого животного, то на месте каждого разреза возникали новые щупальца. Одним словом, образовывалось многоголовое чудовище, весьма сходное с Лернейской гидрой, которую победил Геракл, только значительно меньшего размера. Само собой напрашивалось название для этого существа: гидра. Эта гидра обладала еще более удивительными особенностями, чем Лернейская: она дорастала до целой даже из 1/200 части своего тела. Быль превзошла сказку! Когда в 1743 году в Трудах Лондонского Королевского общества были опубликованы опыты Трамбле, им просто не поверили. Они казались неправдоподобными. И тогда Реомюр выступил в защиту Трамбле и подтвердил достоверность его исследований.

      После опытов Трамбле многие ученые в разных странах, в том числе и Реомюр со своими учениками, начали изучать восстановление частей тела у самых различных животных. Оказалось, что у многих животных отрастают утраченные ими части тела. Более того, из части тела может восстановиться целое животное.

      Если перерезать пополам ресничного червя планарию, то на одной половинке вырастет недостающая голова, а на другой хвост, то есть образуются две планарии. А если на передних и задних концах этого червя сделать продольные надрезы и не давать им срастись, то на каждом из них вырастут по голове и хвосту - образуется двухголовый и двухвостый червь. Из совсем крошечного кусочка тела планария дорастает до червя обычного размера. Даже из 1/280 части образуется целый червь!

      Морским звездам не страшно лишиться лучей. У них на месте оторванного луча возникает новый. Но и сам оторванный луч может дорасти до целой звезды.

      Как же это происходит? Да так же, как и при обычном росте. Рост недостающих частей также идет за счет быстрого деления клеток: из одной клетки возникают две, а после деления этих двух становится четыре... Но одного деления недостаточно, чтобы восстановить утраченную часть тела. Надо еще, чтобы клетки приобрели разные профессии: одни из них должны стать клетками кожи, другие - мышц, третьи - участвовать в пищеварении, четвертые...

      Значит, чем сложнее устроен организм, тем труднее должна быть у него регенерация утраченных частей. Чудесные восстановления, подобные тем, что бывают у гидры или морских звезд, происходят только у низкоорганизованных животных. Да и то не у всех. Даже среди близких родственников способность к регенерации бывает различной: одни черви вырастают из маленьких кусочков своего тела, а для других оказывается гибельной перерезка пополам. Почему это так? Пока неизвестно. Во многих научных лабораториях ведутся исследования по регенерации. Ученые выясняют причины восстановления органов, ищут способы превращения небылиц в были.

 

Тайны отрастания.

      Нет такого позвоночного животного, у которого из кусочка его тела мог бы вырасти целый организм. В лучшем случае у этих животных отрастают лишь отдельные части тела: у ящерицы - хвост, у рыб - плавники, у птиц - клюв. А вот лапки и даже только пальцы не восстанавливаются ни у лягушек и жаб, ни у птиц и ящериц, ни у млекопитающих. Но странно: у лягушек лапки не отрастают, а у их головастиков отрастают. Правда, не у всех, а только у молодых. Стоит головастикам подрасти, как эта способность у них теряется. Однако у тритонов и саламандр, которые, как лягушки и жабы, являются земноводными, лапки отрастают.

      Почему же у одних животных лапки отрастают вновь, а у других нет? В чем тут дело? Ученые стали сравнивать, что происходит в тканях после удаления лапок у тех и других животных. И установили, что у животных, у которых отрастают новые лапки, ткани вокруг образовавшейся раны сильно разрушаются. Их клетки как бы омолаживаются. Они становятся похожими на клетки зародышей, которые еще не приобрели определенной специальности. Такие упрощенные клетки скапливаются около раны. Они усиленно делятся, постепенно усложняется их строение, и в конце концов из них образуется новая лапка.

      У животных, у которых новые лапки не отрастают, ткани не разрушаются. Рана у них просто заживает - образуется рубец, шрам. Узнав это, ученые решили попробовать разрушать их ткани. Может быть, тогда и у этих животных смогут отрасти новые лапки.

      Разными способами разрушали ткани: обрабатывали поверхность раны кислотами и солями. Облучали ультрафиолетовыми лучами. Кололи иголками. И действительно, разрушение помогло восстановлению. После разрушения тканей лапки восстанавливались и у головастиков "старшего возраста" и у лягушек. Хотя у подопытных ящериц и крысят новые лапки и не выросли, но у них на месте старой лапки все же появились выросты с отростками, похожими на пальцы.

      Результаты этих исследований очень интересны. Они показали, что можно добиться восстановления органов. Нужно искать вещества, вызывающие и ускоряющие отрастание. Выяснять, при каких способах удаления органа лучше и быстрее происходит его восстановление.

     Опыты ученых на животных помогут лечить людей.

 

"Белые пятна".

      На пестрых географических картах когда-то было много незакрашенных, белых участков. Так обозначали неисследованные места на Земле. Отсюда и повелось называть "белым пятном" все неизученное, неизвестное. На карте "белых пятен" становится все меньше и меньше. А в науке одни "белые пятна" исчезают, но возникают новые, о существовании которых раньше никто и не предполагал.

      Разные части клетки были описаны еще в прошлом столетии, когда клетку изучали в обычном, световом микроскопе. С тех пор при помощи электронного микроскопа узнали много подробностей об их строении. Казалось, нечего было и мечтать найти в клетке что-нибудь новое. Но в 1963 году электронные микроскописты обнаружили в ней неизвестные трубочки. И не в каких-нибудь исключительных клетках, а в каждой клетке.

      Но почему же раньше их никто не замечал? Может быть, просто не обращали на них внимания? Так тоже иногда случается в науке. Например, фигуры делящихся клеток увидели только после того, как появились работы с описанием и рисунками деления клеток. Их увидели на тех же самых препаратах, которые сотни раз до этого рассматривали под микроскопом.

      С трубочками дело обстояло иначе. Их увидели, когда при обработке клеток для рассматривания в электронном микроскопе начали применять новое вещество. Оказалось, что ранее используемые вещества разрушали эти трубочки. А трубочки, или, как их назвали, микротрубочки, - очень хрупкие.

      Наука постоянно развивается. Новые приборы, новые методы, применение новых веществ приводят к новым открытиям. Так получилось и с микротрубочками. Но после их открытия возникло "белое пятно". Неясно было, как они устроены. Постепенно определили, что стенка микротрубочек состоит из нитей. Удалось определить, что таких нитей тринадцать. Потом выяснили, что каждая нить состоит из частичек белка, которые расположены на ней в виде бусинок.

      Чтобы лучше узнать строение и свойства микротрубочек, понадобились многочисленные опыты. Микротрубочки оказались невероятно чувствительными к холоду. Они гораздо раньше "мерзнут", чем другие части клетки. Стоит им побыть при низкой температуре, как нити бусинок рассыпаются - микротрубочки разрушаются. Но как только температура повышается, бусинки снова "нанизываются". Иногда, правда, их сборка идет не совсем гладко. Какие-то бусинки теряются, что-то не дает им возможности соединиться, и тогда в стенке микротрубочки возникает дыра.

      Какую же роль играют микротрубочки в клетке? Сначала, как всегда, был период догадок и предположений. Но постепенно накапливались факты, полученные разными исследователями в результате экспериментов. Стало очевидным, что микротрубочки являются скелетом клетки, они определяют форму. Особенно убедительно это было показано на одноклеточном организме, имеющем грушевидную форму. Когда у него разрушали микротрубочки, он переставал быть похожим на грушу. Кроме того, микротрубочки выполняют в клетке роль рельсов: по ним движутся зернышки красящих веществ - пигментов, перемещаются различные пузырьки. Из микротрубочек состоит тянущий аппарат в делящейся клетке, который растягивает хромосомы к её противоположным полюсам. Микротрубочки связаны и с клеточным движением.

      Так что же, одни и те же микротрубочки выполняют столько дел или это все разные микротрубочки: одни отвечают за форму клетки, другие образуют рельсы, третьи участвуют в движении? Может быть, и то и другое. А может быть, в одном месте клетки одни микротрубочки занимались одним каким-то делом. Потом клетке эта их работа перестала быть нужна. Микротрубочки распались на бусинки. А в другом месте клетки они собрались вновь, но уже с тем, чтобы выполнять в ней новое задание.

     Всё это предстоит ещё выяснить. Правда, кое-что уже известно. Установили, что в клетке можно выделить несколько видов микротрубочек, которые по-разному относятся к температуре, к соляной кислоте и другим веществам. Возможно, что разные по свойствам микротрубочки выполняют и разную работу. Установить это помогут дальнейшие исследования. Они сотрут эти "белые пятна". Но тогда обязательно появятся новые.

Аспиз М. Е.Увиденное невидимое. Научно-популярная литература.Рисунки А. Панина. Москва, "Детская литература", 1977.Автор рассказывает о клетках, из которых состоит всё живое, их строении и функциях.

Для среднего возраста.Мирра Евсеевна АспизУвиденное невидимое.Ответственный редактор Г. А. ИвановаХудожественный редактор И. Г. НайдёноваТехнический редактор Е. М. ЗахароваКорректор Л. И. Дмитрюк