От фитохрома к протоплазме
Французский астроном Де Мэран не прославился открытиями новых небесных
тел, его фамилии вы не найдете в анналах науки о небе иначе как
в простом списке рядовых. Но он был любопытен – и потому стал первооткрывателем
на стыке двух дисциплин. Случилось это в 1729 г. Де Мэран знал,
что листья бобов поднимаются днем и опускаются ночью; чтобы подметить
это, не требовалось особых приспособлений. Но ему захотелось установить,
движутся ли они потому, что их освещает Солнце, или потому, что
растение ощущает вращение Земли. Он пересаживает бобы с грядки в
темный подвал. Туда не проникают солнечные лучи, а ровная температура,
неизменная и днем и ночью, не подскажет растению, какое на дворе
время суток. Но бобы словно не замечают перемены обстановки. Их
листья столь же исправно встают торчком, когда на улице играет день,
и столь же регулярно «ложатся спать», когда его сменяет ночь. Итак,
растение ощущает, как вертится Земля? Все бы хорошо, но спустя несколько
дней листья поднимаются уже не так заметно, и наконец совсем перестают
двигаться. Почему? Де Мэран не вдается в объяснения. Он публикует
свои «Ботанические наблюдения» в трудах Королевской академии, наук
и позволяет себе только предложить ботаникам и физикам попристальнее
вглядеться в странное поведение бобовых листьев.
Лишь полтораста лет спустя великий Дарвин высказывает прозорливую
догадку: «...периодичность является в какой-то мере внутренним свойством»
организма. Но понадобилось еще пятьдесят лет экспериментов, чтобы
рассеялись последние сомнения. Да, растениям свойственны биологические
часы, но выделить «нечто», играющее их роль, по-прежнему не удавалось.
Много надежд одно время возлагали на фитохром – вещество, найденное
в самых различных частях растений: стеблях, семядолях, листьях.
Его выделили в чистом виде в 1959 г. американские биологи X.
Бортвик, М. Паркер и С. Хендрикс. Фитохром может с равной
легкостью находиться в любом из двух состояний: Ф-660 или Ф-735.
Этим он несколько напоминает маятник: тот ведь тоже отклоняется
то в одну, то в другую сторону. А цифры показывают, что превращения
связаны со светом определенной длины волны.
Осветите растение красным светом с длиной волны 660 миллимикрон,
и спустя некоторое время фитохром очутится в фазе Ф-735. Переход
в состояние Ф-660 возможен двояким способом: надо или включить свет,
близкий к инфракрасному, с длиной волны 735 миллимикрон, или вообще
выключить всякое освещение и предоставить дело времени. Тогда в
темноте фитохром Ф-735 сам собой постепенно преобразуется в Ф-660.
Увы, превращения фитохрома, как ни важны они для нормального развития
растений, – это лишь один из множества колебательных процессов,
обнаруженных у представителей флоры. Фитохром ничего не объяснил.
Дело осложнилось тем, что колебательные процессы были найдены не
только у растений в целом, но даже у клеток! Ритмические изменения
химического состава, скорости синтеза нуклеиновых кислот, размеры
ядра – уж куда идти дальше?
Но и клетка, как стало ясно, вовсе не последняя инстанция в биологическом
«часовом деле». Биолог Лев Рапкин открыл в протоплазме клеток особое
вещество, содержащее серу, – его условно назвали SH. Когда клетка
делится, это вещество то окисляется, то снова восстанавливается,
причем восстановление в SH форму происходит именно перед актом деления,
а окисление – вслед за ним, «Цикл Рапкина», как считали биологи,
– это своеобразная сигнализация. И вдруг все оказалось не так.
Смуту посеял в конце шестидесятых годов японский биофизик Мано.
Он извлек из яиц морского ежа протоплазму – опыт очень сложный,
требующий филигранной техники, – и в этом «бульоне», лишенном клеточных
ядер, концентрация SH продолжала изменяться. А надо сказать, что
наличие и самого ядра и мембраны между ядром и протоплазмой считалось
принципиально необходимым, чтобы мог идти циклический, колебательный
процесс, управляющий делением. Выходит, «сигнальная лампочка» является
чем-то совершенно самостоятельным.
Биологи подвели неутешительные итоги: биочасы неуловимы, словно
призрак. Каждый раз, когда исследователь готов крикнуть «Эврика!»,
в какой-то лаборатории делают опыт, перечеркивающий все прежние
гипотезы.
Отчаявшиеся биологи обратились к математике. Может быть, она сумеет
обобщить лавину разнородных сведении, накопленных со времен Де Мэрана?
Может быть, в сети дифференциальных уравнений наконец попадутся
ускользающие часы?
Одну из математических моделей предложил кандидат физико-математических
наук Л.Я. Фукшанский, работающий в Агрофизическом институте
в Ленинграде. Ему удалось даже предсказать несколько новых эффектов,
не подмеченных до той поры на живых растениях. Опыт подтвердил феномены,
найденные на кончике пера... вернее, на ленте ЭВМ.
И все-таки... Все-таки даже эта наиболее полная модель не ответила
на главный вопрос: что такое биочасы, где их искать.
|