Биологические часы

  Итак, растения с наступлением^ ночи впадают в состояние" сна. В определенное время происходит распускание и закрывание цветков. Растения заблаговременно начинают готовиться к неблагоприятным условиям зимы и т.

д. Можно предположить, что они каким- то образом воспринимают ритм движения времени.
температура, влажность воздуха, атмосферное давление, интенсивность освещения. Живые организмы — обитатели факторостатных камер — не испытывают действия солнечного света. Однако с приходом весны у животных усиливаются процессы жизнедеятельности, а семена растений лучше прорастают. Рабиндранат Тагор писал о семени в книге «Хвала дереву»:



В подземной мгле, ты голос солнца услыхало И потянулось ввысь, чтоб жизни дать начало



Мы неоднократно уже отмечали: ново то, что хорошо забыто. Естествоиспытатели прошлого хорошо знали о том, что растения изменяют ритм своей жизни в зависимости от времени суток. В восемнадцатой книге «Естественной истории» Плиний Старший писал, например:              «Я дала
тебе травы, указывающие часы, и, чтобы не отвращал ты глаз своих от земли к солнцу, вместе с ним обращаются гелиотроп и люпин. К чему же все еще смотреть ввысь и вопрошать небо. Вот тебе Плеяды у ног твоих».
В настоящее время получены веские доказательства существования биологических часов в живых организмах. Наиболее убедительные добыты с помощью факторостатных камер, в которых в течение всего года поддерживаются -постоянные условия —
Каким же образом семена, находившиеся в герметичной камере, «узнали» о том, что за толстыми светонепроницаемыми стенами вступает в свои права весна? Ученые считают, что растениям и животным свойственны внутренние ритмы физиологических процессов. Их первооткрывателем признан французский астроном Жан Жак де Меран. В 1729 году он обнаружил, что даже при постоянной температуре и в полной темноте гелиотроп упорно сохраняет суточную периодичность движения листьев.
Внутренний суточный ритм четко просматривается у фасоли. У этого растения ночью листья опускаются вниз, как бы прижимаются к стеблю, а днем располагаются плоскостью листовой пластинки перпендикулярно к нему. Эти движения сохраняются и в отсутствие чередования света и темноты.
Одноклеточная эвглена зеленая днем всплывает на поверхность, а ночью погружается в глубину водоема. В факторостатной камере она продолжает всплывать и погружаться в те же часы, что и в естественных условиях.
Если растение или животное во время эмбрионального развития не подвергалось действию суточно-периодической смены внешних факторов, то у них вначале не наблюдается никакой периодичности. Для возникновения ритмов достаточно единичного раздражения. Это может быть короткий световой период на фоне непрерывной темноты, или короткий темновой период, прерывающий постоянное освещение, а также переход от непрерывной темноты к постоянному освещению, или наоборот.
Оказалось, что лучи различного 4спектрального состава неодинаково активны в этом отношении. Перенос растений фасоли из полной темноты в условия непрерывного освещения красным светом приводит к четкому появлению суточного ритма движений листьев. Напротив, инфракрасные лучи подавляют проявление ритма. Если же после инфракрасных лучей снова воздействовать на растения красным светом, то угнетающее влияние первой обработки будет снято.
Однако не для всех растений важны именно эти области спектра. На одноклеточную водоросль гониаулакс, о периодичности свечения которой мы говорили в разделе «Лесные и морские фонари», красный свет действует сравнительно слабо, но значительно сильнее влияет синий.

Грибы, для которых характерна суточная периодичность некоторых процессов, например опорожнения спорангиев, чутко реагируют только на красный свет.
Эндогенные суточные и годичные ритмы сформировались в результате длительной эволюции. Они позволили растениям приспособиться к сезонным изменениям погоды. Из года в год у особей одного и того же вида физиологические изменения, связанные со сменой времен года, происходили в одно и то же время. Основным ориентиром при этом являлась длина светового дня: увеличение ее в конце января указывало растениям на приближение весны. Напротив, сокращение светового дня в конце лета служило сигналом о начале подготовки к зиме, несмотря на то что погодные условия были по- прежнему благоприятны для роста. Организмы, не распознавшие времени года, погибли, поскольку они были хуже приспособлены к условиям существования по сравнению с теми, кто заранее приспосабливался к новым условиям существования.
Биоритмы обычно не полностью соответствуют 24 часам. Так, движение листьев у фасоли происходит с периодичностью в 27—28 часов. При помещении организма в камеру с постоянной температурой и неизменным освещением биологические часы начинают либо спешить, либо отставать. Вот почему эти ритмы называют еше циркадными (околосуточными). Это несоответствие биоритмов 24 часам объясняется отчасти тем, что в большинстве районов земного шара, за исключением экваториальных областей, интенсивность освещения в течение суток меняется на протяжении года. Вместе с тем изменяется и угол падения солнечных лучей, количество приносимой ими тепловой энергии, а также спектральный состав света, что оказывает огромное влияние на процессы, протекающие в живых организмах. В результате леса то покрываются нежным зеленым кружевом свежей листвы, то наряжаются в «багрец и золото», а благоухание цветущей сирени сменяет запах опавшей листвы.
Некоторые исследователи полагают, что одним из факторов, приводящих в действие эндогенные ритмы, является космическое излучение. Несмотря на то что в факторостатной камере вдоволь и тепла, и света, до тех пор, пока не поступят сигналы нз космо- ла, эндогенные ритмы будут совершаться не столь интенсивно. Если камеру поместить на глубину более 20 метров, куда не проникает космическое излучение, то некоторые эндогенные ритмы как будто бы нарушаются.
В то же время ряд факторов свидетельствует о том, что работа биологических часов обусловлена ритмами в биохимических реакциях живых организмов. Опыты с дрожжевыми клетками показали, что концентрация некоторых веществ ритмически изменяется с интервалом в несколько минут. Эти колебания характерны не только для клеток, но и для клеточных органоидов. Так, например, в течение минуты в митохондриях изменяется скорость потребления кислорода, что определяется ритмическими колебаниями свойств мембран и объема митохондрий. У растений фазы повышенной активности фотосинтеза длительностью около 12 часов сменяются периодами усиления диссимиляции, то есть дыхания.
По мнению некоторых исследователей, суточные ритмы наследуются и, таким образом, имеют внутреннюю природу. Поскольку наследственная информация зашифрована в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), то, по всей вероятности, и суточные ритмы определяются особенностями ее строения.
Человек пока не открыл механизм биологических часов. Однако нет сомнения в том, что это будет со временем сделано. Понимание сущности биоритмов даст человеку мощное средство управления темпами роста и развития растительных организмов.

Еще по теме Биологические часы:

1. «БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ» РАСТЕНИЙ
2. 8-6. Часы эволюции: время особи течет вперед и назад
3. РАСТЕНИЯ-ЧАСЫ, РАСТЕНИЯ-СИНОПТИКИ
4. 13.1.4. Биологический прогресс и биологический регресс
5. Биологическая очистка
6. Биологический полиморфизм в популяциях. 
7. Биологическая активность почв
8. 11.9. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ
9. Биологическая фиксация азота
10. 3. Биологическая продуктивность экосистем
11. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
12. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫВ ПОЧВООБРАЗОВАНИИ
13. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ
14. БИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЯВЛЕНИЙ ПАРАЗИТИЗМА