Господин Свещаров
Разкази за съвременната биология (10)

Загадките на биологичните часовници

В наши дни едва ли би се намерил човек, който да се съмнява в съществуването на биологичните ритми. Изследвайки живите същества и сам себе си, човекът от незапомнени времена е дошъл до заключението, че много физиологични закономерности имат цикличен характер. Това, което в миналото се приемаше като интересен и занимателен раздал от естествознанието, днес е обособено в нова наука, наречена биохронометрия. Обект на нейните проучвания са цикличните промени при живите организми, свързани със смяната на деня с нощта, лунните фази, редуването на годишните сезони и други периодични промени, които се извършват в природата.

Във всички населяващи Земята организми, били те едноклетъчни, или многоклетъчни, работят безшумно, но извънредно точно т.нар. биологични часовници. Петлите ни събуждат рано сутрин винаги в едно и също време, прилепите излизат привечер на лов в един и същи час, а пчелите отиват да събират сладкия нектар на цветята, като спазват невероятно точно своето „разписание“. Животът на растенията също е подчинен на строго определен ритъм — всеки вид разтваря цветовете си винаги по едно и също време, по същия начин се отделят нектар и ароматни вещества и пр.

Учените са убедени, че в човешкия организъм работят синхронно няколко различни биологични часовника. Достатъчно е само да споменем, че в него едновременно протичат повече от 40 физиологични процеса, които взаимно са обусловени и имат 24-часова периодичност. Веднага трябва да кажем, че за най-голямо съжаление учените стоят все още твърде далече от отговора на въпроса, къде точно са локализирани биологичните часовници? За повечето биохронометролози няма съмнение, че те се намират в клетките, но специалистите са безсилни да обяснят къде точно са разположени, по какъв начин изпращат сигналите си до изпълнителните системи на организма и какви са молекулните механизми на тяхното действие. Едва в последно време експерименталните данни показаха, че биоритмите са свързани непосредствено с нуклеиновите киселини, което идва да ни подскаже, че биологичните часовници са генетично обусловени и че в процеса на еволюцията на живите организми са се намирали под контрола на естествения отбор.

До този момент благодарение на остроумните и прецизно изпълнени опити на биоложката Джанит Харкер бе установена с абсолютна сигурност локализацията на биологичния часовник при хлебарката — той се намира в подглътъчните й ганглии. При тези опити Харкер установи още един извънредно важен факт — опитните животни с нарушен синхрон между биологичните часовници развивали рак в червата и бързо умирали. Очевидно е, че бъдещите задълбочени изследвания в тази насока може да се окажат извънредно ценни за откриване на болестни състояния при човека, възникнали вследствие на стрес, и за лекуването им.

Един от основните биоритми е денонощният. Той така дълбоко е залегнал в нас, че не се влияе много от липсата на външни фактори. Поради това той е своеобразно мерило за протичащото време. Няма никакво съмнение, че денонощният ритъм се управлява от слънцето и е строго синхронизиран с местното време.

Векове наред изгревът и залезът на небесното светило са управлявали жизнената дейност на най-далечните ни прадеди. Но първоначално огънят, а след това лоеният светилник, свещта, газената лампа и най-сетне електрическото осветление значително промениха часовете, в които хората бързат към постелите си. Обяснението е много просто — за дневните животни, към които безусловно спадаме и ние, светлината на деня е активният период от жизнената им дейност. Точно обратното важи за нощните животни, като прилепи, бухали, сови и много други, които през нощта излизат на лов и осигуряват прехраната си.

За всички животни сънят е великолепно биологично решение на проблемата за отпочиване в състояние на неподвижност и безопасност. Всеки животински вид ляга да спи тогава, когато му съобщи намиращият се в него биологичен часовник. По време на съня изразходваните енергетични запаси и психична енергия се възстановяват. Същевременно със сигурност е доказано, че сънят не се предизвиква само от умора. Има някои видове животни, като една разновидност на кафявите делфини например, екологичните условия на които не им дават възможност за сън и досега никой не ги е виждал да спят. Има и много хора, които много бързо се наспиват или почти не спят и те съвсем не се чувствуват по-зле от това. Друг е въпросът обаче колко късно трябва да си ляга човек. Изследванията са установили, че условно хората може да се разделят на две групи. Едните спадат към т.нар. сови. Към тях се отнасят хора със стабилна нервна система. Спокойни, разсъдливи, дори педантични, склонни към абстрактни размисли. Такива са били например Кант, Шопенхауер и Цезар. През деня този тип хора имат слаба работоспособност, но в замяна на това са в състояние да работят, и то много продуктивно, през нощта. Хора с подобен тип нервна система са най-подходящи за работа през нощните смени на динамичното ни съвремие. Другата група са т.нар. чучулиги. При тях максималната работоспособност е в началните часове на деня, но холеричният им характер ги кара да бъдат напрегнати, нервни и избухливи. Те рядко изпипват докрай работите си, бързо се уморяват и извънредно трудно понасят безсънието.

Все пак дори и принадлежащи към „совите“ хора трудно могат да пренагласят биологичните си часовници по отношение на часовете за сън. Съвременната реактивна пътническа авиация скъси неимоверно много разстоянията между държавите и континентите. Представете си, че имате делова среща във Владивосток. Излитате в 20 часа московско време и на местоназначението ще се озовете в 10 часа сутринта. Започва работното съвещание, в което трябва да вземете активно участие. Но нещо не е наред с вас! Цялото ви същество с огромна сила се стреми към мекото и топло легло, чувствувате се уморен, сънлив и неработоспособен въпреки освежителния душ, въпреки силното кафе. Всичко е много ясно — когато във Владивосток е 10 часа сутринта, в София е 2 часа след полунощ. Вие просто започвате да страдате от асинхроноза — заболяване, от което се оплакват предимно екипажите на пътуващите на далечни разстояния пътнически самолети.

Интересно е да се знае, че нощният сън на всеки човек е съставен от периоди на лек и дълбок сън, които се сменят със строга ритмичност. Последователната смяна на лекия с дълбокия сън може да се наруши при продължително недоспиване, болестни и стресови състояния и под въздействието на някои лекарства. Такива нарушения може да възникнат и при космическите полети.

При тях космонавтите живеят и работят при пълна липса на естествената за всеки човек 12-часова смяна на деня с нощта. При полет в орбита около Земята смяната на деня с нощта настъпва почти всеки 40 минути! Освен това в състояние на безтегловност вестибуларният апарат на космонавтите не се дразни и стимулира непрекъснато от гравитационните сили на Земята — така, както това става непрекъснато с всеки от нас. Затова при американския астронавт Франк Борман установили извънредно бързо преминаване от фаза на лек във фаза на дълбок сън. Друг екип от американски астронавти имал 4-часов цикъл на работа, почивка и сън. Много скоро астронавтите започнали да се оплакват от умора, силна раздразнителност и ниска работоспособност. И когато единият от тях съобщил в центъра за управляване на полета, че покрай кораба започнали да прелитат ангели, ръководителите на полета веднага наредили 4-часовият цикъл да се замени с 8-часов. Разбира се, „ангелите“ веднага изчезнали! Този случай е твърде смешен, но и същевременно извънредно показателен. Защото той за сетен път доказва, че промяната в денонощните цикли при човека води до наистина тежки десинхронозни заболявания.

Специалистите и до днес спорят дали денонощните биоритми са генетично заложени в организма или са повече продукт на външни фактори, като Слънцето, Луната, космическото и електромагнитното излъчване от Космоса. Затова някои учени си поставиха задача да установят какво би станало, ако биологичните часовници се оставят сами на себе си. Те се интересуваха дали поставени в камера с постоянна температура и неизменно осветление живи същества ще проявят избързване или забавяне в биоритмите си и ще се проявят ли при тях т.нар. циркадни ритми, които са различни от денонощните. Съветски изследователи поставили прост, но много ефективен опит. Те направили камера, в едната половина на която царял винаги ден, а в другата — нощ. Затворили в камерата хлебарки, които са представители на типичните нощни животни, и дневни бръмбари кожояди. Оказало се, че и двата вида насекоми в продължение на няколко месеца преминавали от едната в другата половина на камерата точно през 24 часа независимо от пълната липса на външни сигнали за това. Когато обаче лишили животните от двукамерното жилище и ги поставили в условие на постоянно осветление, веднага ритъмът на жизнената им дейност показал отклонение от денонощния и се превърнал в циркаден.

Биолозите доказаха, че твърде много животни следват и са зависими от лунните „сигнали“, т.е. фазите на естествения спътник на Земята. Най-ярък пример са организмите, които обитават приливните зони на океана. Съществуването им е тясно свързано с приливите, които им носят кислород и храна. Размножаването на тези животни също зависи от приливно-отливните течения, които от своя страна се влияят от лунните фази. В някои списания можем да прочетем, че известни процеси от жизнената дейност на човека са също така свързани с лунните фази. Твърди се например, че в периодите на „главни“ лунни фази се увеличава раждаемостта, че месечният цикъл при жените съвпадал е лунните фази, че през последната четвърт на Луната се засилвало кръвотечението при болните и други подобни. Но доказателствата за такива твърдения са много ограничени и спорни.

В последно време бе доказано, че веществата ацетилхолин и серотонин ускоряват сърдечната дейност. Те са факторите, които пренасят нервните импулси, и тяхното съдържание в кръвта се колебае в съответствие с денонощния цикъл. А другият добре известен преносител на нервни импулси — норадреналинът, — също се подлага на стресово въздействие през определени дни след новолуние или пълнолуние. Денонощните колебания на споменатите три вещества убедително говорят за участието им в цикличната активност на животинския организъм и добре се съгласуват с теориите за съня, които се основават върху действието на серотонина. Възможно е, влияейки върху цикличните колебания в концентрацията на тези вещества, Луната да оказва косвено въздействие върху механизмите за управляване на клетъчната дейност.

Освен денонощните ритми и цикли ние сме свидетели и на много други ритми и цикли. Някои от тях не са така очевидни и са много трудни за обяснение. Един от известните изследователи в тази област Едуард Дейви смята, че е дошло времето да се разгадае една от големите тайни на природата: защо много от явленията се повтарят с такава удивително постоянство. Стремейки се да разкрие тайните на природните цикли, Дейви е събрал огромен примерен материал, който чака научно обяснение. Той например е открил, че числеността на канадските рисове достига своя максимум средно на всеки 9,6 години. Върховите точки в числеността на някои океански риби и най-големите доходи на риболовците от техния улов са също през 9,6 години. Този период засяга също така и върховите точки в популациите на златките, белките, канадските полярни зайци, бухалите, соколите и други видове животни. Периодът от 9,6 години се отнася и за количеството на пшеницата в САЩ. А вълната от сърдечни болести в областта Нова Англия също следвала периода 9,6 години! Можем ли да приемем, че „пулсът“ на живата природа има споменатата периодичност? Засега отговорът е отрицателен, тъй като съществуват и много други цикли. Например мишките измират масово през 4 години, а пълчищата от норвежки леминги започват колективните си „самоубийства“, при които се издавят в морето, на всеки 3,9 години. „Крилатите облаци на глада“ — кошмарните за много страни по света скакалци се появяват в три цикъла — през 9,2, 15 и 22,7 години. Общо взето, споменатата цикличност навежда на мисълта за съществуването на още неразгадани природни сили, които я предизвикват и регулират.

В последно време голяма популярност придоби теорията за основните човешки биоритми. Според нея от момента на раждането до момента на смъртта на човека може да се наблюдава действието на 3 биоритъма: физически, емоционален и интелектуален. Физическият ритъм продължава 23, емоционалният — 28 и интелектуалният — 33 дни. Първата половина на тези биоритми е положителната им фаза и през нея хората са в състояние да разполагат с цялата си енергия и работоспособност, докато в негативните фази организмът не е така работоспособен и тогава той натрупва енергия. При обработване на данни с електронноизчислителна машина изследователите се натъкнаха на интересни факти — нещастните случаи в производството и тежките транспортни злополуки съвпадат с критичните точки в негативните фази на физическия и емоционалния цикъл на пострадалите хора. Нека приведем няколко примера. През 1977 г. японската „Биоритми Асоцион“ съвместно с токийската полиция е направила проучвания, които са показали, че 82% от пътните катастрофи съвпадат с критичните дни на шофьорите. Също така 80% от катастрофите на Хугенхаймското летище съвпадали с критичен ден на летците. Според други анализи от 300 трудови злополуки в едно предприятие 70% са станали в критичен ден. А какво да кажем за сензационния случай, който ни предостави спортът? На 24 март 1962 г. американският боксьор Бени Парет е свален в тежък нокаут на пода. В този ден съвпадали и трите нулеви точки на биоритмите му. Организмът му бил толкова слаб, че не можал да преодолее последствията от получения удар и Парет умрял 10 дни по-късно, без да дойде в съзнание. Смъртта му съвпаднала със следващата нулева точка в биоритмите му!

Като взеха предвид тези и още много други подобни статистически данни, редица фирми в много страни по света въведоха специални календари, в които са отбелязани критичните точки на всичките служители и работници. Има данни, че подобни профилактични мероприятия са понижили чувствително броя на тежките катастрофи. Така например в Цюрих шофьорите на автобуси и тролейбуси са намалили с 50% броя на катастрофите на всеки 10 000 километра. В Тбилиси всеки шофьор от градския транспорт притежава биоритмологична характеристика, същото е направено и в Будапещенското транспортно предприятие. Проведените от специалистите в тези две предприятия опити са дали обнадеждващи резултати. У нас интересни изследвания проведе главният асистент във ВПИ в Шумен П. Бояджиев. Изследвани били изостанали в умственото си развитие деца от някои помощни училища в Шуменски окръг, като за контрола съпоставяли деца от ЕСПУ в Шумен и Преслав. Установено било, че броят на децата от помощните училища, родени в едновременно негативните фази от трите цикъла на майката, е 2–3 пъти по-голям от броя на децата, родени в трите едновременно позитивни фази, докато при контролата резултатът бил обратен.

Много учени смятат теорията за основните човешки биоритми за антинаучна, като най-оспорвано е твърдението за съществуването на интелектуален биоритъм. Според тях най-неиздържано е твърдението за строгата продължителност на трите вида биоритми, защото едно заболяване например може да забави или да ускори фазите им и дори да ликвидира проявите им. Върху биоритмите на човека действуват и проявите на околната среда, от която те са безспорно зависими.

Науката за биологичните ритми прави едва първите си крачки. Ето защо с интерес ще очакваме отговор на главния въпрос: създала ли е природата „часовников“ механизъм за управляване на жизнените процеси в организмите, подобен на този, чрез който ДНК управлява цялата клетъчна дейност? Или в процеса на еволюцията очевидните преимущества на денонощния ритъм са се изявили така силно, че сходни по функциите си, но различни по механизъм биологични часовници са били заложени у всички живи същества?