Как работают биологические часы

Наверное, все слышали о биологических часах. Но как работают биологические часы, и какие "шестерни" приводят их в действие? Эти вопросы вызывают непрекращающиеся дебаты в ученом мире. А началось все с Жан-Жака де Мэрана, который в 1729 году обратил внимание на поведение гелиотропа, стоявшего на окне в его кабинете. Поворачивая листья вслед за дневным светилом, а с заходом солнца поникая листьями, это растение как бы засыпает до следующего утра. Но самое интересное было в том, что гелиотроп засыпал и просыпался в строго определенное время даже в темноте.

Как работают биологические часы, и какие шестерни приводят их в действие?

Тридцать лет спустя Генри-Луи Дюамель подтвердил открытие де Мэрана и продолжил его опыты, взяв зразу несколько растений этого вида. Помещая гелиотропы в разные темные помещения и проведя массу опытов, он с чистой совестью записал: "Эксперименты позволяют заключить, что движение листьев у растений не зависит ни от света, ни от тепла". Как и де Мэран, Дюамель не смог ответить на вопрос как работают биологические часы гелиотропа.

Сегодня известно, что запускаются эти часы сменой дня и ночи, суточными колебаниями температуры и давления, изменением магнитного поля и некоторыми другими факторами.

На вопрос как работают биологические часы попробовал дать ответ американский биолог Чарлз Эрет. Экспериментируя с инфузорией туфелькой, он, воздействуя на молекулу ДНК, попробовал нарушить ритм ее жизни. Инструментом воздействия был избран световой пучок. После серии опытов ему удалось выяснить, что, действуя на туфельку попеременно ультрафиолетовым излучением и белым светом, можно то сильно изменять ритм жизни инфузории, то восстанавливать его снова. При этом ультрафиолет повреждает спираль ДНК, но клетка может исправить повреждение, если после ультрафиолетового импульса воздействовать на нее белым светом.

Можно было считать доказанным, что в качестве биологических часов живые клетки используют молекулы ДНК. Но как именно работают биологические часы молекулы ДНК?

Молекула ДНК свернута в ядре клетки тугой спиралью. Эрет утверждал, что когда начинается дублирование молекулы, нити такой спирали расходятся, на них строится информационная РНК, достигающая полной длины одиночной нити ДНК. Одновременно протекает ряд взаимосвязанных химических реакций, соотношение скоростей которых можно рассматривать как работу регулирующего механизма часов. Но какие именно химические реакции протекают при дублировании ДНК – этот вопрос оставался открытым.

Ключиком к разгадке работы биологических часов может стать открытие В. П. Белоусовым и М. Жаботинским пульсирующих окислительно-восстановительных реакций, в которых жидкость в пробирке прямо на глазах меняла свой цвет: только что она была красной, вот она уже синяя, затем снова краснела... Изменение окраски шло строго периодично. Исходными компонентами пульсирующих реакций являются органические вещества, весьма сходные по своему составу с веществами живой клетки, с веществами ДНК.

Если осветить пробирку, в которой идет подобная реакция, монохроматическим светом определенной длины волны, то яркость свечения пробирки будет меняться по закону синусоиды. В итоге получается, что реакции Белоусова – Жаботинского представляют собой нечто похожее на своеобразные химические часы. Так не являются ли пульсирующие реакции ответом на вопрос как работают биологические часы? Но как именно протекает цепь биохимических процессов во всей их полноте и сложности предстоит еще разобраться.

Инструменты