У большинства живых существ, начиная с цианобактерий и кончая человеком, есть так называемые «биологические часы», циркадные ритмы (от латинских слов circa – около и diеs – день). Циркадные ритмы – суточные колебания интенсивности биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. У этих ритмов есть два важных свойства: с одной стороны, они могут подстраиваться под изменения в окружающем мире (например, изменения освещенности), а с другой – все необходимое для их поддержания организм делает сам.
Широко известны эксперименты, в которых людей полностью изолировали от внешнего мира, даже не давали им с собой часов. При этом суммарная продолжительность сна и бодрствования все равно оставалась близкой к 24 часам, хотя сами подопытные зачастую оценивали ее неверно. Молекулярные механизмы, лежащие в основе таких ритмов, усиленно исследуются. Недавно за их исследование была присуждена престижная премия Шао.
Считается, что впервые в ходе эволюции циркадные ритмы появились, чтобы защитить ДНК от повреждения солнечным ультрафиолетом. Чтобы избежать повреждений во время репликации, когда ДНК особенно уязвима, организмы научились удваивать геном в темное время суток. Этот механизм и по сей день сохраняется у мицелиального гриба нейроспоры. В целом, возможность предчувствовать регулярные изменения окружающей среды крайне важна для приспосабливания и выживания. Это относится не только к солнечной активности и времени суток.
Некоторые животные, живущие в зоне литорали (участка берега, который покрывается водой во время прилива и осушается при отливе) или в прибрежных водах, выработали циркатидальные (от английского tidal – приливный) циклические ритмы длиной 12,4 часа, связанные с приливом и отливом. До недавнего времени было неясно, зависят ли эти ритмы от суточных. Предполагалось, что в их основе может лежать отдельный механизм, но возможно также было, что эффект обеспечивает наложение двух суточных ритмов со сдвигом по фазе на полдня. О том, какая из этих двух гипотез верна, ученые даже заключали пари. В экспериментах с рачком Eurydice pulchra оказалось, все же, что ритмы независимы. Выключение одного из главных генов, организующих циркадные ритмы, приводящее к исчезновению циркадных ритмов, не привело к исчезновению циркатидиальных.
К похожим выводам пришла группа ученых, работавших с многощетинковым червем Platynereis dumerilii. У червей есть циркадные ритмы, заставляющие их раз в сутки ночью подниматься на поверхность поесть, и циркалунарные (30-дневные) ритмы, управляющие нерестом. В ходе работы также выяснилось, что ритмы независимы. Разве что, циркалунарный немного модулировал циркадный.
Похоже, что несколько независимых биологических часов – довольно распространенное явление. Скорее всего, также обстоят дела и у людей. Пока, правда, почти ничего не удалось выяснить о непосредственных молекулярных механизмах, лежащих в основе ритмов, кроме циркадных. Эти исследования еще впереди.
