Ритчи Уорд - Живые часы
Итак, приходит к выводу Фриш, нет сомнения, что пчелы находят нужное им направление по положению солнца, учитывая его перемещение в течение дня. Солнце является для них настоящим компасом.
И снова возникает вопрос, ориентируются ли пчелы во времени с помощью внутренних часов или под влиянием каких-то внешних факторов?
Фриш, безусловно, не мог не учитывать влияния таких факторов, как атмосферное электричество и космические лучи, но в процессе тщательных экспериментов отмел эти факторы один за другим.
Если поиски некой внешней силы как фактора, задающего время, окажутся безрезультатными, то надо искать какие-то внутренние ритмы в самом организме пчел.
А не следует ли подумать о суточном ритме чувства голода? Пчелы обучаются чрезвычайно быстро, а заучивая, например, что цветки гречихи выделяют нектар только по утрам, они очень скоро именно в это время начинают испытывать голод. Логично предположить, что голод и заставляет их направляться на поля гречихи?
Однако Фриш и его сотрудники считают такое объяснение маловероятным. Прежде всего, пчелы-сборщицы не питаются непосредственно нектаром. Они просто собирают его в так называемый зобик, который представляет собой расширение пищевода, и, вернувшись в улей, передают другим пчелам, и те уже превращают его в мед. И вообще пчелы питаются медом, а не нектаром. Причем поглощать мед из своего зобика они могут когда угодно, но только не во время сбора нектара. Наконец, пчелы едят и пыльцу, которая составляет белковую часть их пищи, а наличие пыльцы на растениях никак не связано по времени с выделением нектара.
И все же, несмотря на маловероятность такого предположения, Фришу не хотелось отвергать мысль о роли голода без проверки. Результаты проведенного эксперимента показали, что чувство времени у пчел не зависит от суточного ритма чувства голода.
Рис. 37. Камера, которой пользовался Макс Реннер для обучения пчел (в Париже) и проведения опыта (в Нью-Йорке). Оборудование камеры состояло нз ламп для освещения (а), второго прозрачного потолка (б), геометрических фигур (в), улья (г), термометра и реле (д), электронагревателя (е), корытца с пыльцой (ж), регулятора влажности (з), лоточка с водой (и), кормежного столика (к). Реннер находился около кормежного столика.
Поскольку проводившиеся до сих пор исследования внутренних и внешних факторов дали только отрицательные результаты, пришло время провести более общий эксперимент. И Фриш обратился к тому опыту, который был когда-то сорван из-за морской болезни его студентки, тем более что к 1955 году трансатлантические перелеты стали обычным делом.
Цель опыта оставалась прежней — выяснить, сохранится ли старое «расписание» у пчел, обученных вылетать за пищей по европейскому времени, после перевозки их в США. Макс Реннер, один из сотрудников Фриша, взял на себя выполнение программы эксперимента, а Фриш провел всю необходимую подготовку.
Основное оборудование состояло из двух одинаковых камер для пчел, которые обеспечивали своих обитателей на все время эксперимента постоянными условиями освещения, температуры и влажности. Эти помещения были немногим более двух метров в ширину, около трех метров в высоту и пяти метров в длину. Кроме столика с ульем, в каждой камере находились совершенно одинаковые корытца с пыльцой, кормушки, лоточки для питья и стул для наблюдателя (естественно, возле кормежного столика). Стены были разрисованы одинаковыми геометрическими фигурами, служившими ориентирами для пчел.
Наконец, в Париже, в один из июньских дней 1955 года Реннер начал дрессировать в такой камере группу из 40 пчел: они получали сахарный сироп с 20.15 до 22.15 по парижскому времени. Придя к заключению, что его пчелы достаточно обучены, и упаковав их в ящик, Реннер вылетел с ними в Нью-Йорк. Менее чем через сутки после того, как они покинули Париж, пчелы были помещены в аналогичную камеру, которая стояла в Американском музее естественной истории.
Как они ответят на заданный вопрос? Подлетят ли к кормушке ровно через 24 часа после последней подкормки в Париже? Или выждут пятичасовую разницу во времени между Парижем и Нью-Йорком, чтобы получить сигнал от какого-то внешнего фактора, действующего по нью-йоркскому времени?
«Пчелы ответили на поставленные им вопросы быстро и совершенно недвусмысленно, — писал позднее Реннер. — В 15.15 по местному, нью-йоркскому, времени, то есть ровно через 24 часа после последней подкормки в Париже, первые пчелы вышли из улья и принялись летать по камере, будто ничего не изменилось.
Результаты этого эксперимента, так же как и обратного (пчел, обученных в Нью-Йорке, переправляли в Париж), дали ясный ответ на вопрос о природе временной ориентации пчел: обученные пчелы-сборщицы сохраняют свой 24-часовой ритм независимо от внешних влияний, связанных с суточным ритмом. Пчелы обладают внутренними часами, которые управляют организмом пчел».
Нельзя не восхищаться исключительно успешным завершением экспериментов. Но Фриш далек от мысли считать природу пчелиных часов окончательно выясненной. Подводя итоги своей полувековой работы с пчелами, он говорит:
«Нельзя сказать, что мы раскрыли последнюю тайну их чувства времени. Нет. Наука движется вперед, но медленно. Не в этом ли ее извечная привлекательность? Не устали ли бы мы от нее, если бы она слишком быстро раскрывала свои тайны?»
11. Белки в колесе
Чтобы познакомиться с современными поисками решения проблемы живых часов, обратимся к исследованиям, проводившимся биологами в последние годы. В числе первых следует, пожалуй, назвать работу Патриции де Курси.
В 1955 году де Курси получила диплом Висконсинского университета и начала работать над диссертацией, посвященной суточной активности животных.
В поисках объекта для своих наблюдений она остановилась на белке-летяге Glaucomys volans. Ее выбор не был случаен. Как и многие другие ночные животные, эти грызуны начинают активную жизнь с заходом солнца и прекращают ее с рассветом. Они в большом количестве водились в окрестностях Мадисона, а их привычка возвращаться ежедневно в свое гнездо облегчала наблюдение за ними. Де Курси начала с изучения закономерностей суточной активности летяг в естественных условиях. Вскоре в Мадисон приехал читать лекцию о ритмах у мышей К. Раусон, работавший в это время над диссертацией о возвращении к гнезду и эндогенных ритмах активности. «Эта одна-единственная лекция, — писала позднее де Курси, — оказала огромное влияние на все мои последующие планы и эксперименты».
Поскольку летяги покидают дупло в строго определенное время, они оказались первоклассными животными для изучения факторов, влияющих на ритм активности у ночных грызунов.
Рис. 38. Начало двигательной активности летяги в условиях естественного освещения. Пунктирная линия обозначает местное время захода солнца; точки — начало активности.
Де Курси нашла помещение, в котором она могла содержать подопытных животных и работать с ними в строго контролируемых условиях: при постоянной температуре, регулируемой интенсивности освещения и полной изолированности от каких-либо звуковых помех.
В помещении для экспериментов де Курси установила дополнительный регулятор температуры и автоматическую систему освещения, которая обеспечивала определенный диапазон чередования света и темноты. Она построила прогулочные клетки и точно сбалансированные вращающиеся клетки-колеса, в которых летяги могли бы бегать. Каждое вращающееся колесо было соединено с автоматическим регистрирующим устройством, которое фиксировало на бумаге любое движение летяги. По этим графикам можно было определить точное время начала двигательной активности животного.
Рис. 39. Активность летяги в условиях постоянной темноты. Лишенное нормальных световых ориентиров, животное постоянно опережало время.
Де Курси регистрировала ритм двигательной активности летяги, выставлявшейся ежедневно в клетке на улицу. Записи велись с конца декабря 1957 года до января 1959 года. Сопоставив полученные результаты с временем захода солнца, де Курси обнаружила строгую закономерность. Прямая связь начала активности с наступлением сумерек заставляла предполагать, что активность летяг определяется какими-то изменениями во внешних условиях. Иными словами, в окружающей среде существует некий ориентир, который позволяет животному очень точно узнавать время.
Что произойдет, если такой ориентир исключить? Для этого де Курси перенесла часть летяг в подвальное помещение, где они были полностью изолированы от всякой внешней информации. В условиях постоянной темноты при 20 °C каждая летяга обнаруживала свой собственный свободнотекущий ритм. Ежедневные записи для каждого животного были сведены в общие графики, охватывающие длительный период времени. Лишенные каких-либо световых и температурных ориентиров, летяги продолжали чередовать интенсивные пробежки в колесе с периодами почти полного покоя. Более того, каждый цикл занимал приблизительно 24 часа, несколько сдвигаясь по фазе по сравнению с чередованием дня и ночи во внешнем мире.
