Журнал «Если», 1995 № 05
Шрифт:
За единицу биологического времени можно взять, например, период индивидуального развития или смену поколений. Тогда возникает представление о временной структуре популяций. Возможно пользоваться более короткими мерами, равными периодам обращения Земли вокруг своей оси, фазам Луны, сезонам года. В процессе эволюции все эти единицы времени синхронизировались с физиологическими функциями организма и проявляются в виде четко выраженных биологических ритмов с соответствующими периодами.
Известный хронобиолог Ф. Хальберг предлагает разделить ритмические процессы в организме на три группы. Первая — ритмы высокой частоты, с периодом до 0,5 часа, которые называют функциональными. Среди них ритмы сердца и дыхания, электрических явлений в мозге, периодические колебания в биохимических системах. Вторую группу составляют ритмы средней частоты — с периодом от 0,5 часа до 6 дней. Это смена сна и бодрствования, активности и покоя, циркадные (околосуточные) изменения обмена веществ и содержания в крови и моче биологически активных компонентов. Низкочастотные ритмы (период от 6 дней до 1 года) составляют третью группу. Сюда входят недельный и лунный ритмы, а также годичный (циркадный) ритм. Им подчинены такие биологические процессы, как циклы выделения гормонов в организме человека или половые циклы многих обитателей Мирового океана.
Наряду с ритмами обменных процессов, размножения и поведения живых организмов установлены годовые и многолетние вариации численности популяций, роста деревьев, урожайности, состояния флоры и фауны вплоть до циклов эволюционных преобразований и «биологических катастроф». На всех уровнях иерархии биосферы временная организация осуществляется по единому принципу — ритмическому. Временная организация ныне существующих биологических систем отличается множественностью ритмов различных периодов. Эта ритмичность обеспечивает, так сказать, высокий кпд, свойственный живой природе.
Американский биоритмолог Л. Хейфлик выдвинул гипотезу, согласно которой все живые организмы, обитающие на планете, имеют «генетические часы». Они строго контролируют продолжительность существования и число деления клеток, свойственное каждому живому виду. Например, клетки человеческого организма могут делиться около 50 раз. У мышей и крыс клетки делятся 14–28 раз, у некоторых птиц — 15–35, у черепахи — 90— 125. Из-под контроля «генетических часов» уходят только клетки раковой опухоли, способные размножаться беспредельно.
Некоторые ученые полагают, что эволюция биологических систем проходит как развитие кодовых отношений между средой и системой. Важнейшая роль отводится пространственному и временному кодам, которые наилучшим образом стабилизируют систему. Как полагает автор гипотезы Л. А. Николаев, на ранних этапах химической эволюции действовал код пространственный. Временной код появляется лишь после формирования достаточно сложных микроструктур. Если биологическая система страдает дефектами внутренней временной организации, она не может полностью адаптироваться к внешним условиям. Такому организму суждено вскоре погибнуть.
Анализируя более ста лет назад свои первые наблюдения, Дарвин вряд ли мог предположить, что внутренний суточный ритм может служить фактором естественного отбора. Этот вопрос встал позднее, когда в результате фундаментальных исследований было доказано,
что суточные ритмы представляют собой ритмы циркадные и что отклонение от 24-часового периода является не только фактором изменчивости, но и частично передается по наследству (вся живая природа на нашей планете живет в результате эволюции по 24-часовому ритму). Некоторые специалисты отмечают возможное отрицательное значение такого рода факторов отбора для людей при воздушных перелетах на трансмеридиональных линиях, при межпланетных и космических полетах.
Значение факторов отбора сейчас не подлежит сомнению. Более 200 лет назад установлено движение листьев растений, связанное с ритмами освещения. Но только недавно удалось доказать, что наследственно закрепленными являются не сами движения, а способность растений приспособить суточный ритм обмена веществ к световым условиям.
Любая функция организма связана с расходованием энергии. Поэтому биологический ритм — это отражение уровня обмена веществ. В процессе извращения суточного ритма быстрее всего меняется двигательная активность, затем следуют изменения газообмена и температуры тела. Такую последовательность изменения физиологических реакций организма мы наблюдали, например, при длительном, 60-суточном, пребывании людей в герметически замкнутой камере ограниченного объема.
Многочисленные исследования показали, что для организма человека характерно постепенное повышение уровня физиологических реакций в дневные часы — до 16–18 часов — и падение этого уровня ночью. Более того, это наблюдается не только во время нормального сна, но и в период ночной работы.
Проблема биоритмов находит все большее применение в практике медицины. Ритм физиологических процессов учитывается при диагностике и лечении различных заболеваний. Установлены, например, различия в воздействии лекарств на организм в зависимости от времени суток. Так, препарат на сердечных больных в 4 часа утра может действовать в 40 раз сильнее, чем в другое время суток. Введение инсулина в это же время тоже оказывает наиболее сильное действие. Как показывает статистика, именно на рассвете многие люди рождаются и умирают.
Рассказывают, что Исаак Ньютон установил закон качания маятника, считая удары собственного пульса, которым он пользовался вместо часов. Это подтверждает наблюдения многих ученых, исследовавших проблему восприятия человеком времени. Важный вклад здесь принадлежит И. М. Сеченову.
Первоначально ученый считал, что решающую роль в восприятии времени играет слух, поскольку звук и ощущение звука имеют протяженность во времени — «тянущийся» характер. Затем Сеченов внес дополнения в свою первоначальную формулу «слух — это анализатор времени», указав, что представление о времени может возникать на основе зрительных, осязательных, двигательных и прочих ощущений. В работе «Элементы мысли» ученый называет, например, мышечное чувство органом восприятия пространственных и временных отношений. Эту мысль Сеченов именует «выношенной около самого сердца» и обращает на нее особое внимание, рассказывая о названной работе в письме к И. И. Мечникову.
В самом деле, мышечная чувствительность превосходит зрительную или осязательную по степени участия в оценке времени. Движения характеризуются растянутостью, дробностью и дают отчетливое впечатление определенной быстроты и последовательности. Шаг при ходьбе — это одновременно измеритель пространства и времени, хотя, разумеется, ходьба сопровождается и другими ощущениями.
Движения важны для поведенческих реакций человека — в производственных операциях, в спорте, у пилота при полетах на современных летательных аппаратах, у музыкантов. Память на движения, их ритм сложились в процессе трудовой деятельности человека. Эмпирически с давних времен было известно, что движения повышают умственную продуктивность. В Древней Греции ученики во время занятий ходили — так лучше воспринималась информация, сохранялась работоспособность, обострялась память. Чувство ритма в основе своей имеет моторную природу и служит одним из выразительных средств в музыке, поэзии, пластике, живописи, речевой деятельности. О связи между ритмами и ощущениями писал К. С. Станиславский.
Ряд интересных положений о связи слуха с ходьбой высказал В. М. Бехтерев. По его мнению, наибольшую точность слуховой рецептор дает в оценке интервала от 0,5 до 0,7 секунды — темп движений человека во время ходьбы. Это соответствует периоду сердечной деятельности, характерному для смены сокращения желудочков сердца и покоя, которая длится 0,8 секунды (при 75 ударах в минуту).
Обозначение времени, указывает Бехтерев, является результатом опыта, который позволяет отмечать мелкие промежутки времени на основании дыхания и сердцебиения. Мозговой аппарат также приспосабливается к измерению времени, что позволяет отмечать его промежутки на протяжении дня с достаточной точностью. Пример — открытие Ньютона.