Живые часы - Ритчи Уорд

Для следующего эксперимента семена проращивали при непрерывно повторяющемся цикле 8 часов света и 8 часов темноты. После того как проростки достигли 17-дневного возраста, Клейнхоонте присоединила нить кимографа к средней жилке первого листа и приступила к записи.

Растение вело себя так, словно общая продолжительность суток составляла всего 16 часов — с 8-часовым «днем» и 8-часовой «ночью». Тогда Клейнхоонте приступила к следующему этапу экспериментального исследования, оставив это же растение при непрерывном освещении. Теперь оно не имело никаких указаний на время суток — ни тех аномальных, в которых было выращено, ни естественных. Сохранит ли растение шестнадцатичасовой цикл? Или перейдет на какой-то другой? Наблюдая за записью, Клейнхоонте увидела, как постепенно растение перешло от аномального цикла к своему обычному суточному ритму. Несмотря на то что с момента прорастания растение никогда «не видело» настоящих дня и ночи и было вынуждено жить в неестественном цикле, оно все же сохранило способность установить совершенно нормальный ритм.

В своих многочисленных экспериментах Клейнхоонте создавала разные аномальные циклы и, после того как ритм проростков попадал с ними в фазу, оставляла эти растения в одних случаях при непрерывном освещении, в других — при непрерывной темноте. И всегда, как только растения освобождались от принудительного аномального цикла, они возвращались к своему естественному ритму, соответствующему суточному вращению Земли — тому, в котором жили многие поколения этого растения.

Означает ли это, что такой ритм является действительно врожденным? Предполагает ли это, что, если канавалию выращивать в течение многих поколений в лабораторных условиях, без каких-либо ориентиров внешней среды, у нее сохранится природный ритм? Клейнхоонте не спешила с такого рода заключениями Она сделала только один вывод — периодическое движение листьев вызывается «автономными», то есть саморегулирующимися факторами. Но о том, что это за факторы, не было сказано ни одного слова.

И все же Клейнхоонте внесла серьезный вклад в понимание связи эндогенного ритма с чередованием света и темноты. Она сделала большой шаг вперед, который привел к первой современной гипотезе о том, как работают живые часы.

Другой значительный шаг вперед был сделан Ингеборг Белинг, работавшей в Мюнхенском университете в лаборатории выдающегося энтомолога Карла Фриша. Атмосфера в лаборатории, куда в конце двадцатых годов приехала Белинг, была очень хорошо охарактеризована самим Фришем в его недавно опубликованных воспоминаниях.

«Более пятидесяти лет пчелы в нашей лаборатории, а во время каникул — на Вольфгангзее были самыми любимыми подопытными животными. Их способность различать цвета, их обоняние и вкус, связь их чувств с миром цветков, их «язык» и способность ориентироваться — вот та чудесная и загадочная область исследований, которая всегда манила меня. Постепенно мы открывали для себя много нового. Открытий этих становилось все больше, и они настоятельно требовали изучения и объяснений».

Фриш, всю свою жизнь занимавшийся пчелами, разработал специальную конструкцию ульев для наблюдений (так называемый наблюдательный улей), создал кормушки для обучения и методы нумерации пчел пятнышками цветного шеллака. С помощью этого метода он без особого труда узнавал любую из участвующих в опыте пчел, даже если их было несколько сотен.

Высокое качество экспериментального оборудования, смелость и изобретательность в постановке опытов — все это обеспечивало постоянный приток в Мюнхен способных молодых людей, жаждавших работать под руководством знаменитого Фриша. Среди них была и Ингеборг Белинг, которой предстояло наиболее длительное сотрудничество с ним.

Обсуждая с Ингеборг программу ее будущих исследований, Фриш напомнил ей, что у Фореля в Швейцарии пчелы прилетали к утреннему столу на террасу независимо от того, было на нем варенье или нет. Вспомнил он и о сообщении Буттель-Реепена, что пчелы прилетают на поле гречихи только в те часы, когда начинается выделение нектара.

Как мы уже отмечали, и Форель, и Буттель-Реепен были уверены, что пчелы прилетают за пищей только в такое время, когда ожидают найти ее. Буттель-Реепен назвал эту замечательную способность «чувством времени». Но где же источник этого чувства времени? Находится ли он внутри самой пчелы или она ориентируется по каким-то сигналам из внешней среды? И если это так, то какие именно внешние события являются этими ориентирами?

Ингеборг Белинг сразу же поняла, сколь увлекательна проблема, и согласилась немедленно заняться ею. Она была уже достаточно квалифицированным экспериментатором и после непродолжительной тренировки полностью освоила специальные методики Фриша. Со всем энтузиазмом молодости занялась она разработкой своей экспериментальной программы.

Прежде всего необходимо было проследить за поведением пчел в нормальных условиях. Для участия в эксперименте Белинг отобрала пять пчел-сборщиц и каждой из них дала свой порядковый номер (1, 11, 12, 17, 19). Давайте посмотрим, как она метит этих пчел.

Перед ней на лабораторном столе подставка с пятью тонкими кисточками и пятью маленькими чашками Петри с шеллаком, окрашенным в белый, красный, синий, желтый и зеленый цвета. Здесь же находится часовое стекло с сахарным сиропом, на которое сажают отобранных пчел. Белинг погружает первую кисточку в чашечку с белым шеллаком и ставит маленькое пятнышко на середине груди около головки пчелы 1. На пчеле 11 она ставит два белых пятнышка, также близко к ее головке. Пчела 12 получает рядом с белым пятнышком красное, справа от него; пчела 17 — белое пятнышко у головы и желтое под ним и т. д. Все это время пчелы так заняты поглощением искусственного нектара, что не обращают на действия экспериментатора никакого внимания. Шеллак высыхает, и Белинг возвращает пчел в улей.

После этого помеченных пчел надо обучить прилегать к кормушке с сиропом каждый день в течение определенного двухчасового интервала. Методика такого обучения уже была разработана Фришем.

Рано утром, задолго до вылета пчел, Белинг наносила около летка маленькую каплю сахарного сиропа со слабым запахом лавандового масла. Пчелы быстро находили сироп. Так начинался первый этап обучения.

На следующее утро Белинг помещала очередную каплю «нектара» немного подальше. На третье утро для этой цели использовался кормежный столик — деревянная пластинка, укрепленная на заостренном колышке, который можно было втыкать в землю где угодно. Когда она разместила этот кормежный столик с душистым нектаром на расстоянии трех метров от улья, пчелы быстро нашли его: они уже начали заучивать нужное экспериментатору направление полета. Постепенно Белинг относила столик все дальше и дальше от улья, и очень скоро пчелы познакомились с местом, которое было избрано для главной части эксперимента.

Теперь, когда пчелы знали направление полета, следовало приучить их прилетать за едой в определенный двухчасовой интервал, между четырьмя и шестью часами дня. Сироп ставили на столик только в эти часы. Пчелы очень быстро поняли, что прилетать к кормушке в любое другое время бесполезно.

Следующий этап исследований заключался в том, чтобы выяснить, как будут вести себя меченые пчелы, если сироп вообще не будет выставляться. Утром 20 июля 1927 года Ингеборг Белинг поднялась рано. В половине седьмого она уже находилась на своем наблюдательном посту с полевым дневником, карандашом и часами в руках, готовая записывать время появления и номер каждой прилетающей пчелы.

Хотя Белинг и считала, что дежурство с половины седьмого утра до четырех часов дня будет самым долгим и неинтересным, она все-таки не забывала о необходимости быть внимательной и в это время.

Не прошло и часа, как ее ухо уловило слабое гудение летящей в поисках нектара пчелы. Опустившись на столик, пчела приблизилась к пустому часовому стеклышку. На передней части ее груди Белинг увидела две белых точки — пчела 11! Для появления пчел было слишком рано; еще более странным было то, что пчела 11 вновь вернулась между половиной восьмого и восемью часами утра.

Впоследствии, обсуждая с Фришем результаты эксперимента, Белинг спросила, почему, по его мнению, хорошо обученная пчела так ошиблась во времени? На это Фриш ответил, что никогда не следует забывать, что биология не относится к числу точных наук и в поведении животных могут наблюдаться отклонения от нормы. А кроме того, «в мире голодных лучше прибыть к месту кормежки раньше, чем позже».

Вплоть до половины четвертого дня ни одна из пчел более не посетила столика с кормушкой. Между половиной четвертого и четырьмя часами опять прилетела пчела 11, а вслед за ней пчела 19. В следующие полчаса было 6 посещений, а между половиной пятого и пятью — 17. После этого каждые полчаса было сначала 11, потом 4 и наконец 2 посещения. К половине седьмого все закончилось, и, хотя Белинг не покидала своего наблюдательного поста до восьми часов вечера, ни одна пчела больше не прилетела. Уставшая, побрела она в лабораторию, неся драгоценные записи поведения каждой из пчел в течение дня.