Живые часы

Уорд Ритчи

Рис. 15. Дарвиновский метод регистрации движения листьев. На вертикальном стекле отмечали точку в на продолжении линии, соединяющей точку а (черная точка на белом картоне позади растения) с точкой б (капелька сургуча на конце стеклянной нити, прикрепленной к кончику листа). По мере того как лист двигался, эту операцию повторяли. Затем эти точки переносили на кальку и соединяли стрелками, указывая направление движения.

Методы наблюдения. — Движения различных органов, которые мы наблюдали, иногда очень небольшие, иногда же значительные по величине, зарисовывались по способу, который после многих опытов

мы нашли наилучшим и который должен быть здесь описан. Растения, растущие в горшках, были защищены от света полностью или же освещались сверху, или с одной стороны, как этого требовал опыт, и покрывались большой горизонтальной стеклянной пластинкой сверху и такой же вертикальной с одной какой-либо стороны. Стеклянная нить не толще конского волоса и длиною до трех четвертей дюйма прикреплялась к органу, над которым велись наблюдения, при помощи шеллака, растворенного в спирте. Мы оставляли раствор испаряться, пока он не становился таким густым, что затвердевал в течение двух-трех секунд. Он никогда не повреждал тканей, даже если его прикладывали к кончикам нежных корешков. На конце стеклянной нити был укреплен чрезвычайно маленький шарик черного сургуча, ниже и позади которого на палке, воткнутой в землю, находился кусок картона с черной точкой. Вес нити был так ничтожен, что даже малые листья не гнулись заметно под ее тяжестью. Шарик и точка на картоне визировались через горизонтальную или вертикальную стеклянную пластинку соответственно положению объекта, и, когда первый в точности совпадал со вторым, на стеклянной пластинке ставилась точка при помощи тонко заостренной палочки, обмакнутой в густую тушь. Следующие точки наносились через короткие промежутки времени, и все они затем соединялись прямыми линиями. Зарисованные таким образом фигуры имели вид ломаных линий; однако если бы точки отмечались через каждые одну или две минуты, то линии более приближались бы к кривым, как это имело место в тех случаях, когда корешки сами зарисовывали свой путь на закопченных стеклянных пластинках. Аккуратно отмечать точки было единственной трудностью и требовало некоторой практики. Этого нельзя было сделать вполне точно, когда движение было сильно увеличено, примерно раз в тридцать и больше; но даже в этом случае общий ход движения передавался правильно.

Для проверки точности описанного метода наблюдения нить прикреплялась к неживому объекту, который затем передвигали по прямой линии, причем на стеклянной пластинке несколько раз отмечались точки; после их соединения должна была получиться совершенно прямая линия, и линия действительно была очень близка к прямой. Можно добавить, что когда точка на картоне находилась на полдюйма ниже или позади шарика из сургуча, а стеклянная пластинка (предполагая, что она была соответственно изогнута) помещалась с противоположной стороны на расстоянии семи дюймов (обычное расстояние), то рисунок представлял движение шарика увеличенным в пятнадцать раз.

После того… точки копировались на прозрачной бумаге и соединялись сложными линиями со стрелками, указывающими направление движения. Ночные движения представлены прерывистыми прямыми линиями. Как можно видеть из диаграмм, первая точка всегда делалась больше других, чтобы привлечь к ней внимание.

Рис. 16. Рисунок Чарлза Дарвина, сделанный им с фотографии виргинского табака. У одного из растений листья расправлены на день (слева), у другого — сложены на ночь (справа).

Рис. 17. Движение листа виргинского табака, записанное Дарвином. Крупная точка слева внизу указывает исходное положение; стрелки — направление движения; сплошные линии — движение в дневное время, пунктирные — в ночное.

Пользуясь этим методом, Дарвин проследил за движениями листьев многих растений в самых различных условиях. Основным раздражителем, действие которого испытывал Дарвин, был свет — сильный и слабый, рассеянный и направленный; и даже полное его отсутствие, за исключением кратких моментов для наблюдений.

Эксперимент с виргинским табаком позволил получить типичную запись движений листьев. В книге Дарвин впервые привел рисунок табака Solaneae с листьями, расправленными в дневное время и сложенными на ночь. Там же приведен график движения, полученный для пятого над колеоптилем листа виргинского табака. В основном траектория движения листа имела вид вытянутого эллипса, достигая самой нижней его точки между 15 и 17 часами и высшей — между 22 и 23 часами. В один из дней лист расправился менее полно, чем в два других, и поэтому описал небольшой зигзаг. Простота движения этого листа произвела на Дарвина большое впечатление.

Большинство графиков (а он исследовал 55 видов растений, у которых засыпали колеоптили, и 86 видов, у которых засыпали листья) свидетельствовало о значительно более сложных «движениях сна». Иногда листья поднимались и опадали крошечными скачками, а иногда плавными волнообразными движениями. Часто подъем и опускание листьев сопровождались скручиванием. Иногда листья спали, поднявшись и сложившись вместе, а. иногда — поникая вниз. В других случаях внешние листья укрывали более нежные внутренние, как это бывает в закрывающемся на ночь цветке.

Все это привело Дарвина к очень интересному выводу. Во время сна листья всегда принимают такое положение, чтобы их поверхность, обращенная к ночному небу, была минимальной. Это и был тот ключ к эволюционным взаимоотношениям, который он искал! Растения путем естественного отбора приобрели идеальный механизм для защиты от холода. От того, как расположатся листья ночью, зависит, сколько тепла потеряют они за счет излучения.

Для подтверждения этого вывода Дарвин выносил из теплицы на мороз кислицу, земляной орех, кассию, шесть разновидностей донника, лотос и марсилию. Листья, за которыми предполагалось вести наблюдение, он укрепил в горизонтальном положении, наколов их с помощью энтомологических булавок на подставленные снизу пластинки из коры. На ночь эти листья остались в развернутом положении, в то время как контрольные свернулись.

Полученные результаты подтвердили сделанный Дарвином вывод. Как правило, листья, укрепленные горизонтально, оказывались сильно поврежденными и даже погибали, тогда как листья, находившиеся в нормальном спящем положении, выживали. Правда, некоторые растения оказались настолько чувствительными, что большинство их листьев — и опытных и контрольных — вообще погибло, — а некоторые, по-видимому устойчивые к морозам, не потеряли ни одного листа.

Этим экспериментом Дарвин показал один из механизмов приспособления растений к окружающей среде. Позднее в «Автобиографии» Чарлз Дарвин писал:

В 1880 году я напечатал с помощью Фрэнка наше общее сочинение «Способность к движению у растений». Это была трудная работа. Книга находится приблизительно в том же отношении к моей книжечке «О лазящих растениях», в каком «Перекрестное оплодотворение» находится к «Оплодотворению орхидей»; действительно, согласно с принципом эволюции, невозможно объяснить факт, что ползучие растения развились в таких многочисленных чрезвычайно различных группах, если не окажется, что все вообще растения обладают некоторой слабой способностью движения аналогичного характера. Я доказал, что это именно так; далее я был приведен к довольно широкому обобщению, а именно что крупные и обширные категории движений, возбуждаемых светом, силою тяготения и т. д., все представляют видоизмененные формы основного движения, циркумнутации. Мне всегда нравилось возведение растений на более высокую ступень организованных существ; поэтому я испытал особое удовольствие, показав, какими многочисленными и превосходно приспособленными движениями обладает кончик корешка.

5. Предвестники современной мысли

Более пятидесяти лет назад Альберт Эйнштейн, разработав специальную теорию относительности, показал, что при превращении массы в энергию количество выделяющейся энергии пропорционально квадрату скорости света. Не прошло и тридцати пяти лет, как физики экспериментально подтвердили вывод Эйнштейна, непосредственно измерив энергию, выделяющуюся при расщеплении атома.

В отличие от физики в науке о биологических ритмах еще нет своего Эйнштейна. Первые попытки сколько-нибудь активного объяснения природы этих ритмов были предприняты только в начале тридцатых годов. Научный мир встретил их с еще большим скепсисом, чем в свое время теорию относительности.

Почему же так получилось? Прежде всего, живые организмы, объект исследований биологов, представляют собой значительно более сложные образования, чем изучаемые физиками атомы. А ведь атомы, особенно атомы тяжелых элементов, невероятно сложны. И все же атом намного проще самого маленького из живых организмов. Хотя вирусная частица так мала, что ее можно увидеть лишь с помощью электронного микроскопа, количество составляющих ее атомов очень велико.

Кроме того, не следует забывать, что биологи, работавшие в самых разных областях, занимались разработкой и решением многих частных практических проблем. По мере того как они находили ответы на одни вопросы, перед ними возникали другие. В результате прошло много времени, прежде чем стало очевидным, что в ритмическом поведении самых разных организмов существуют общие закономерности.