Як працює біологічний годинник?

Напевно, всі чули про біологічний годинник. Але як працює біологічний годинник, і які "шестірні" приводять його у дію? Ці питання викликають безперервні дебати у вченому світі. А почалося все з Жан-Жака де Мерана, який в 1729 звернув увагу на поведінку геліотропа, що стояв на вікні в його кабінеті. Повертаючи листя слідом за денним світилом, а із заходом сонця поникаючи листям, ця рослина як би засинає до наступного ранку. Але найцікавіше було в тому, що геліотроп засинав і прокидався в певний час навіть у темряві.

Через тридцять років Генрі-Луї Дюамель підтвердив відкриття де Мерана і продовжив його досліди, взявши відразу кілька рослин цього виду. Поміщаючи геліотропи в різні темні приміщення і провівши масу дослідів, він із чистою совістю записав: "Експерименти дозволяють зробити висновок, що рух листя у рослин не залежить ні від світла, ні від тепла". Як і де Меран, Дюамель не зміг відповісти на питання як працює біологічний годинник геліотропу.

Сьогодні відомо, що запускається цей годинник зміною дня і ночі, добовими коливаннями температури і тиску, зміною магнітного поля та деякими іншими факторами.

На питання як працює біологічний годинник спробував дати відповідь американський біолог Чарлз Ерет. Експериментуючи з інфузорією туфелькою, він, впливаючи на молекулу ДНК, спробував порушити її ритм життя. Інструментом впливу був обраний світловий пучок. Після серії дослідів йому вдалося з'ясувати, що, діючи на черевичок поперемінно ультрафіолетовим випромінюванням і білим світлом, можна сильно змінювати ритм життя інфузорії, то відновлювати його знову. При цьому ультрафіолетове випромінювання ушкоджує спіраль ДНК, але клітина може виправити пошкодження, якщо після ультрафіолетового імпульсу впливати на неї білим світлом.

Можна було вважати доведеним, що як біологічний годинник живі клітини використовують молекули ДНК. Але як саме працює біологічний годинник молекули ДНК?

Молекула ДНК згорнута в ядрі клітини тугою спіраллю. Ерет стверджував, що коли починається дублювання молекули, нитки такої спіралі розходяться, ними будується інформаційна РНК, досягає повної довжини одиночної нитки ДНК. Одночасно протікає ряд взаємозалежних хімічних реакцій, співвідношення швидкостей яких можна розглядати як роботу регулюючого механізму годинника. Але які саме хімічні реакції протікають при дублюванні ДНК – це питання залишалося відкритим.

Ключиком до розгадки роботи біологічного годинника може стати відкриття В. П. Бєлоусовим і М. Жаботинським пульсуючих окислювально-відновних реакцій, в яких рідина в пробірці прямо на очах змінювала свій колір. Зміна забарвлення йшла чітко періодично. Вихідними компонентами пульсуючих реакцій є органічні речовини, дуже подібні за складом з речовинами живої клітини, з речовинами ДНК.

Якщо просвітлити пробірку, в якій йде подібна реакція, монохроматичним світлом певної довжини хвилі, то яскравість світіння пробірки змінюватиметься за законом синусоїди. У результаті виходить, що реакції Білоусова – Жаботинського є чимось схожим на своєрідний хімічний годинник. То чи не є пульсуючі реакції відповіддю на питання як працює біологічний годинник? Але як саме протікає ланцюг біохімічних процесів у всій їхній повноті і складності доведеться ще розібратися.