Биологическое время. Биологические часы организма человека

Перед тем, как перейти к биологическому времени, сделаем некоторые уточнения. Чем более развита система, тем важнее для нее внутренние механизмы развития. А они опираются на прошлый опыт и на возрас-тающую роль предвидения и проектирова-ния будущего.

Вот почему у высокоорганизованных сис-тем (в отличие от простых) наряду с базо-выми — относительно универсальными вре-менем и пространством — существуют соб-ственные внутренние время и простран-ство.

Собственное время характеризует самые важные процессы, протекающие в биологи-ческом организме.

Биологическое время – это собственное внутреннее время биосистемы, которое ха-рактеризует прежде всего наиболее важные процессы жизнеобеспечения.

Оно обладает ярко выраженной циклично-стью. Биоциклы (в отличие от примитивных циклов физических систем) связаны с ин-формационными процессами, а также с рос-том (или, по крайней мере, с сохранением) негентропии. Физические циклы гораздо менее обусловлены прошлыми взаимодей-ствиями, чем настоящими. А для биоциклов играют важную роль как те, так и другие.

Своеобразной временнoй формой и мерой биологического развития являются биологи-ческие поколения. Их смена – существенная видо-родовая характеристика.

Биологические организмы генетически на-следуют биоциклы, жизненно важные для прошлых поколений. В этих биоциклах запе-чатлен важнейший опыт успешной адапта-ции к окружающей среде. Со временем к ним добавилась и новая характеристика — опережающее отражение. Опираясь на пе-реработку новой непосредственной инфор-мации, организм заранее готовится к наибо-лее вероятному (хотя и не циклическому) событию в будущем.

Итак, и у растений и у животных есть неко-торые биоциклы, связанные с циклами в ок-ружающей природе. На них влияют суточные и сезонные циклические перемены, перио-дические изменения солнечной активности и пр.

Перечисленные природные ритмы воздей-ствуют и на человека. На его биовремя влияют сезонные и суточные циклы. Также влияет земное магнитное поле. Оно «пуль-сирует» с частотой 8-16 колебаний/сек. Это совпадает с a-ритмом биопотенциалов го-ловного мозга.

Сильное воздействие на многие земные процессы оказывает солнечная активность. Она имеет одиннадцатилетнюю циклич-ность. На вторые сутки после мощных вспышек на Солнце почти в 3 раза возрас-тает (при прочих равных условиях) число автоаварий и самоубийств.

Однако, человеку присуще и то, что не свойственно его собратьям по животному царству. Он зависит от циклических процес-сов в социокультурной среде.

Более того, социокультурные ритмы способны оказывать воздействие на окру-жающую природную среду. Антропогенная деятельность нарушает некоторые естест-венные биогеохимические процессы и циклы в биосфере.

Перейдем к циклам, на которых в значи-тельной мере сказываются внутренние для организма причины. Для ребенка в мате-ринской утробе важнейшим биоритмом яв-ляется ритм своего и материнского сердца. Поэтому новорожденный радуется музы-кально-звуковым воздействиям с подобным ритмом. Характерным примером внутренне обусловленной биоритмики является жен-ский менструальный период (примерно 28 суток), полуторачасовая периодичность ноч-ных эрекций как у мужчин, так и у женщин.

Определенные физиологические ритмы характеризуют и функционирование мозга. Современная электроэнцефалограмма не может определить, о чем думает человек. Однако она хорошо показывает степень ум-ственного напряжения. Четко выделяются такие ритмы:

1) d (дельта) — ритм – глубокий сон (самые медленные импульсы);

2) a (альфа) — ритм – спокойное бодрство-вание при закрытых глазах, легкая дремота; при открывании глаз исчезают (выше гово-рилось, что на этот ритм также влияет «пульсация» магнитного поля Земли);

3) q (тета) — ритм – ритм озабоченности;

4) b (бета) — ритм – внимание, напряженная активность, мышление (50-1000 импуль-сов/сек).

Описанным ритмам мозга соответствуют колебания электромагнитных полей, кото-рые в 100 миллионов раз слабее, чем уро-вень магнитного поля Земли.

Как показывают наблюдения, «куль-минационные взлеты» мышления происхо-дят довольно редко, минут 5 за день. Свиде-тельствующие о них веретенообразные зуб-цы на кривых линиях появляются лишь при напряженных размышлениях, острых дис-куссиях, решении трудных задач.

Согласно распространенным представле-ниям, существуют жизненные ритмы, кото-рые имеют общую причину происхождения, но протекают на разных уровнях: 23 дня – физиологический цикл, 28 – эмоциональный, 33 – ментальный (интеллектуальный) . Чем они обусловлены? И с какого момента вести отсчет?

Рассматриваемые биоритмы начинают свои колебания с мощного выброса в крово-ток адреналина и первого вздоха новорож-денного. Словно мать-природа, выпуская ребенка на жизненную орбиту, форсирует в этот ответственный момент важные режимы его жизнедеятельности.

Описанные циклы проявляются в течение всей жизни человека, обусловливая подъе-мы и спады соответствующих форм актив-ности. При совпадении 3-х биоциклических минимумов или критических дней некото-рые японские фирмы освобождают сотруд-ников от работы, требующей повышенной концентрации внимания. В одном из наших городов на ЭВМ вычисляли трудные дни для водителей городского транспорта и оставля-ли их работать в гараже – в результате ава-рийность стала заметно меньше.

При совпадении максимумов трёх биоцик-лов человек словно летает на крыльях. Женщина в такой период «коня на скаку ос-тановит, в горящую избу войдет». Но будет лучше, если жизнь ей позволит в это время заниматься творчеством, побивать мировые рекорды или рожать…

Хронобиология (биоритмология) изуча-ет биологическое время во всех его много-образных формах. Цивилизация нарушает природные ритмы. Особенно это на себе чувствуют люди, вынужденные работать по ночам (например, метростроевцы, астроно-мы) или те, кто часто меняет свое местопре-бывание и соответственно — часовые пояса (летчики, космонавты, спортсмены).

Давно замечено, что если человек оказы-вается непосредственно в природной среде, он возвращается к естественным ритмам. Иногда им лучше следовать и в интенсивно нервной городской жизни. Чередуя напря-женную работу с отдыхом, можно добиться гораздо большего, чем изнуряя себя бес-прерывным трудом. Не случайно в некото-рых офисах стали появляться кушетки для релаксации.

И все же будем помнить, что мы обладаем великим даром – силой воли. Человек может приказать себе, сказав «Да», когда усталый организм подсказывает «Нет». Либо наобо-рот, человек может сказать себе: «Нет!», хотя организм просит: «Да!» И в результате до-биться поставленной цели.

Столкнувшись с указанным выше парадоксом, резонно призадуматься над природой длительностей. Строго говоря, длительность является элементарным признаком процессов, а это означает, что она не может быть определена на основе других признаков. Но длительность вполне может быть сравнена с другими признаками объектов. Поступив таким образом, нетрудно выяснить, что длительность является интегральной характеристикой необратимой процессуальное™. Чем больший участок своей истории прошел объект, тем больше его длительность (возраст). Если же исследователя интересует более детальная характеристика процесса, то он рассматривает дифферен

в дифференциально-временной форме. Как видим, концепт времени играет в формулировке процессуальных законов исключительно важную роль. Но какое время должно стоять в знаменателе? На этот вопрос пока нет ответа. Наша характеристика феномена времени все еще является поверхностной. Крайне важно уяснить, как именно уточнялся концепт времени в биологии.
Проблему биологического времени одним из первых осознал Карл Бэр. «Внутренняя жизнь человека или "животного, - отмечал он, - может в данное пространство времени проистекать скорее или медленнее... эта-то внутренняя жизнь есть основная мера, которой мы измеряем время при созерцании природы»1. Правильнее, наверно, утверждать, что биологическое время является мерой жизни человека или животного. Если бы еще знать, в чем именно состоит эта мера. В этой связи резонно прислушаться к В.И. Вернадскому. Характеризуя биологическое время, он отмечал, что «для каждой формы организмов есть закономерная бренность ее проявления: определенный средний свой срок жизни отдельного неделимого, определенная для каждой формы своя ритмическая смена ее поколений, необратимость процесса.
Для жизни время... выражается в трех разных процессах: во- первых, время индивидуального бытия, во-вторых, время смены поколений без изменения формы жизни и, в-третьих, время эволюционное - смены форм, одновременное со сменой поколений» . Нетрудно видеть, что указываемые В.И. Вернадским черты бренности организмов в принципе не противоречат традиционному исчислению календарного
времени в привычных нам секундах, минутах, часах и днях. Но вряд ли календарное время одновременно является и физическим, и биологическим феноменом.
Определенное уточнение концепта биологического времени сулит учение о биоритмах, которые изучаются широко и многопланово. В биоритмах находит свое наиболее полное выражение временная организация, упорядоченность биологических явлений, а также их адаптация к внешним условиям. В своем наиболее традиционном истолковании биоритмология сопрягается лишь с календарными длительностями. Поэтому в ее рамках вопрос об особых единицах измерения биологического времени обычно не получает сколько-нибудь существенного развития. Но ситуация резко изменяется тогда, когда биоритмология дополняется концепцией так называемых биологических часов. «В каждой клетке животных или растений, - отмечает С.Э. Шноль, - имеются гены, определяющие околосуточную (циркадную) периодичность жизнедеятельности. Внутриклеточные „часы“ подстраивают свой ход к периодам смены дня и ночи - светлого и темного времени суток и мало зависят от изменений температуры. В центральной нервной системе животных находятся главные „часы", управляющие часами других клеток»1. В рамках концепции биоритмов разумно считать единицей времени продолжительность одного ритма. Календарные длительности ритмов изменяются в некоторых пределах, но все ритмические единицы тождественны друг другу. Видимо, впервые перед нами забрезжил подлинный концепт биологического времени. Но продолжим наши усилия по поводу его постижения.
Как отмечали А. А. Детлаф и Т. А. Детлаф, на протяжении четверти века плодотворно занимавшиеся проблемой биологического времени, «перед биологами неоднократно возникала задача найти единицу биологического времени, которая была бы сопоставима у одного вида животных при разных условиях, а также у разных видов животных. Отдельными исследователями было предложено несколько частных решений этой задачи. При этом во всех случаях время было определено не в единицах астрономического времени, а в долях (или числе) того или иного периода развития, продолжительность которого была принята за единицу времени» . Сами они пришли к выводу, что в эмбриологии

«в качестве меры времени может служить продолжительность любого периода зародышевого развития».
Точка зрения, согласно которой единицей биологического времени является длительность некоторого имеющего биологическую значимость физико-химического процесса, чрезвычайно широко распространена в современной литературе. Она встречается едва ли не в каждой публикации, посвященной проблеме биологического времени. Показательно, например, заявление Н.В. Тимофеева-Ресовского: «Эволюционное время определяется не астрономическим временем, не часами, а поколениями, т.е. временем смены поколений».
На наш взгляд, рассматриваемая концепция биологического времени небезупречна. Ее содержание составляет прямолинейный переход от физического времени к биологическому. По сути, утверждается, что

Но эта формула заведомо неверна, ибо в левой и правой части стоят величины различных размерностей. Физическое - в секундах, а биологическое время измеряется в особых биологических единицах, которые предлагают называть, например, Дарвинами или менделями. Между физическим и биологическим временем действительно может быть связь, но в соответствии с формулой

где kbph - размерный коэффициент пропорциональности, фиксирующий соотношение физических и биологических единиц.
Его пытался установить Гастон Бакман. Он даже пришел к выводу, что между физическим и биологическим временем в онтогенезе существует относительно простая логарифмическая зависимость. Но новейшие данные этот вывод не подтверждают. По крайней мере, ему не присуща та степень универсальности, которую предполагал Бакман. Коэффициент kbph является не постоянной величиной, а «плавающей» функцией. Применительно к различным уровням бытия он выражается различными, причем далеко не простыми функциями.
Концепция биологических часов неудовлетворительна еще в одном отношении. Мы имеем в виду, что в ней не получила должного освещения проблема конгруэнтности длительностей. Две длитель-
ности конгруэнтны, если процессы, мерами которых они являются, равнозначны. Допустим, рассматривается физический процесс, длительность которого составляет 10 с. В таком случае, например, вторая секунда конгруэнтна восьмой или же любой другой. В физике дело обстоит не так, что любой периодический процесс признается в качестве часов. Физическими часами является лишь тот процесс, который обеспечивает соблюдение выполнения условия конгруэнтности.
Как нам представляется, условие конгруэнтности актуально не только для физики, но и для биологии. Проиллюстрируем сказанное простым примером. Будем считать, что некоторое биологическое состояние достигается за счет п клеточных делений. Допустимо ли всегда считать эти деления конгруэнтными друг другу? Ответ отрицательный, ибо значимости этих делений могут быть различными; возможно, что, например, пятое деление является самым важным. Но это означает, что календарная длительность одного деления не может считаться единицей времени. Все единицы времени должны быть конгруэнтными друг другу. Но в рассмотренном случае это требование не выполняется. В качестве биологических часов целесообразно избирать лишь тот периодический процесс, который выполняет условие конгруэнтности. Разумеется, обратившись к условию конгруэнтности, исследователю придется основательно заняться теоретическими размышлениями.
Выше мы неоднократно обращали внимание на необходимость четкого различения концептов физической и биологической длительности. Рассмотрим в этой связи их в контексте супервенции и символической связи. На стадии супервенции исследователь имеет дело лишь с физическим временем. На стадии символизации физическое время рассматривается в качестве символа биологического времени. Можно сказать, что речь идет о биологической относительности физического времени. Именно она часто попадает в поле внимания исследователей, которые руководствуются соотношением = Дtb.. На наш взгляд, они
недостаточно определенно выражают специфику и самостоятельность биологического времени. Если это не имеет место, то биологическое время редуцируется к физическому времени.
Но существует ли биологическое время как таковое? Может быть, достаточно рассуждать о биологической относительности физического времени? Эти вопросы, являющиеся ключевыми для проблемы биологического времени, абсолютное большинство исследователей вообще не обсуждают. На наш взгляд, биологическое время действительно существует. Мало кто сомневается в реальности биологических процессов. Но атемпоральных процессов не бывает. Физическое время не
является адекватной характеристикой биологических процессов. Этой характеристикой является биологическое время. Допустим, что рассматривается ряд последовательных состояний некоторого биологического объекта: Do, D\, D2, Ас, где Do - начальное состояние, а Ас - конечное состояние. Если исследователь пожелает узнать насколько далеко объект удалился от своего исходного состояния навстречу конечному состоянию, то у него нет другого пути, как воспользоваться параметром биологической длительности. Например, временной мерой состояния Dii является At%. Исследователи, сомневающиеся в реальности биологического времени, с тем же основанием могут сомневаться в действительности биологических процессов.
Многоуровневость биологических процессов сопровождается мнгоуровневостью биологического времени. Подчеркивание этого обстоятельства стало общим местом. Биологический объект сочетает в себе различные биологические времена. Можно сказать, что он находится между лезвиями времен. Если один из органов исчерпал свой временной ресурс, то наступает смерть индивида. Феномен жизни предполагает гармонию многих форм биологического времени.
Переходим к заключительному сюжету данного параграфа, возможно, самому актуальному. В науке есть немало идеалов, но едва ли не важнейшим является идеал дифференциального закона. Этот закон описывает последовательные стадии некоторого процесса посредством дифференциального уравнения. В идеале должна использоваться форма
В действительности же используется форма
ражает специфику биологического процесса. Подробный анализ показывает, что биологический анализ включает в себя множество стадий. В конечном счете находит свое осмысление и феномен биологического времени. На наш взгляд, по мере развития биологического знания обращение к нему будет все более явным.

Биологи́ческие ри́тмы (биоритмы) (от греческого βίος - bios , «жизнь» и ῥυθμός - rhythmos , «любое повторяющееся движение, ритм» ) - периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они свойственны живой материи на всех уровнях её организации - от молекулярных и субклеточных до биосферы. Являются фундаментальным процессом в живой природе. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (например, частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам - суточным (например, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (например, открытие и закрытие раковин у морских моллюсков, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.)

Наука, изучающая роль фактора времени в осуществлении биологических явлений и в поведении живых систем, временнýю организацию биологических систем, природу, условия возникновения и значение биоритмов для организмов называется - биоритмология . Биоритмология является одним из направлений, сформировавшегося в 1960-е гг. раздела биологии - хронобиологии . На стыке биоритмологии и клинической медицины находится так называемая хрономедицина , изучающая взаимосвязи биоритмов с течением различных заболеваний, разрабатывающая схемы лечения и профилактики болезней с учетом биоритмов и исследующая другие медицинские аспекты биоритмов и их нарушений.

Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические . Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды.

Биологические ритмы описаны на всех уровнях, начиная от простейших биологических реакций в клетке и заканчивая сложными поведенческими реакциями. Таким образом, живой организм является совокупностью многочисленных ритмов с разными характеристиками. По последним научным данным, в организме человека выявлено около 400 [ ] суточных ритмов.

Адаптация организмов к окружающей среде в процессе эволюционного развития шла в направлении как совершенствования их структурной организации, так и согласования во времени и пространстве деятельности различных функциональных систем. Исключительная стабильность периодичности изменения освещенности, температуры, влажности, геомагнитного поля и других параметров окружающей среды, обусловленных движением Земли и Луны вокруг Солнца, позволила живым системам в процессе эволюции выработать стабильные и устойчивые к внешним воздействиям временны́е программы, проявлением которых служат биоритмы. Такие ритмы, обозначаемые иногда как экологические , или адаптивные (например, суточные, приливные, лунные и годовые), закреплены в генетической структуре. В искусственных условиях, когда организм лишен информации о внешних природных изменениях (например, при непрерывном освещении или темноте, в помещении с поддерживаемыми на одном уровне влажностью, давлением и т. п.) периоды таких ритмов отклоняются от периодов соответствующих ритмов окружающей среды, проявляя тем самым свой собственный период.

Историческая справка

О существовании биологических ритмов людям известно с древних времен.

Теория «трёх ритмов»

Академические исследователи отвергли «теорию трёх биоритмов». Теоретическая критика излагается, например, в научно-популярной книге признанного специалиста в хронобиологии Артура Уинфри . К сожалению, авторы научных (не научно-популярных) трудов не сочли нужным специально уделить время критике, однако ряд публикаций (на русском языке это, например, сборник под редакцией Юргена Ашоффа , книга Л. Гласса и М. Мэки и другие источники) позволяют сделать вывод, что «теория трёх биоритмов» лишена научных оснований. Гораздо убедительнее, однако, экспериментальная критика «теории». Многочисленные экспериментальные проверки 1970-80-х годов полностью опровергли «теорию» как несостоятельную. В настоящее время «теория трёх ритмов» научным сообществом не признаётся и рассматривается как псевдонаука .

Благодаря широкому распространению «теории трёх ритмов», слова «биоритм» и «хронобиология » нередко ассоциируются с псевдонаукой. На самом деле хронобиология представляет собой научную доказательную дисциплину, лежащую в традиционном академическом русле исследований, а путаница возникает в связи с неверным использованием названия научной дисциплины по отношению к псевдонаучной теории.

См. также

Примечания

1. βίος (неопр.) . A Greek-English Lexicon . Perseus.
2. Henry George Liddell, Robert Scott. ῥυθμός (неопр.) . A Greek-English Lexicon . Perseus.

Марина Чернышева

Sankt-Petersburg State University

M. P.Chernysheva

TEMPORAL STRUCTURE of biosystems and biological TIME

Super Izdatelstvo

Природа Времени – одна из глобальных проблем, к решению которых наука неоднократно возвращалась на протяжении всей истории ее существования. Эволюция представлений о Времени от античности до XX-го века глубоко проанализирована в классическом труде Дж. Уитроу «Естественная философия времени» (1964), в монографиях М. И. Элькина (1985), П. П. Гайденко (2006) и других авторов. Начиная с ХХ века философские аспекты этой проблемы неизменно связаны с естественнонаучными подходами к ее решению (Шредингер, 2002; Чижевский, 1973; Уинфри, 1986; Козырев, 1963, 1985, 1991; Пригожин, 2002; и др.). В работах выдающихся отечественных исследователей находим идеи, давшие начало целым направлениям в науке о времени. Так, И. М. Сеченов положил начало исследованиям по влиянию двигательной активности на субъективное время человека. И.П. Павлов, впервые описавший рефлекс на время, фактически заявил о способности мозга к запоминанию временных интервалов. Н. П. Пэрна (1925), сотрудник кафедры физиологии Петроградского университета, впервые описал ритмы ряда физиологических процессов человека. Д. И. Менделеев, описавший движение цветка вслед за изменением положения солнца, определенно продемонстрировал наличие околосуточного (циркадианного) ритма движений растений, гормональный механизм которого был описан позже (В. Н. Полевой, 1982). В работах А. А. Ухтомского прослеживается мысль о важности временного фактора в работе нервной системы и в, частности, в формировании доминанты (Ухтомский, 1966; Соколова, 2000). Один из гениев русского Ренессанса начала ХХ века, В. И. Вернадский, не только ввел рубрикацию специфического для разных систем времени (геологического, исторического, биологического, социального), но и обосновал представление о биологическом времени как основном и первичном, придав ему «космический статус» по причине способности биосистем к движению и размножению (Вернадский, 1989). Эту же особенность живых организмов подчеркивал Э. Шредингер (2002).

Наряду с мультидисциплинарными подходами к решению проблемы природы Времени (Аксенов, 2000; Вакуленко и др., 2008; Казарян, 2009; Коганов, 2009; Козырев, 1989; Коротаев, Киктенко, 2012; Лебедев, 2004; Левич, 2000, 2002, 2013; Хасанов, 2011; Чураков, 2012; Шихобалов, 2008, и др.), огромный объем исследований, начиная со второй половины ХХ века, посвящен природе биологического времени (Aschoff, 1960; Уинфри, 1990; Питтендрих, 1984; Алпатов, 2000; Романов, 2000; Оловников, 1973, 2009; Скулачев, 1995; Загускин, 2004, 2007, и др.). Достижения физики, химии, математики и биологии предопределили разработку разнообразных новых методов исследования, позволивших открыть белки часовых генов (clock-genes proteins), формирующие механизм околосуточных ритмов для многих функций организма. Важность активности clock-белков и clock-осциллятора для здоровья и адаптации человека к пространственно-временному континууму окружающей среды обусловили соответствующую тематическую направленность большинства работ современных отечественных и зарубежных исследователей. В отечественной биологии и медицине «штурм» клеточно-молекулярных механизмов биологического времени привел к выдающимся открытиям: созданию теломерно-редусомной теории контроля продолжительности жизни (Оловников, 1973, 2009) и представления о роли митохондрий в процессах старения (Скулачев, 1995), а также к развитию геронтологических аспектов роли гормонов эпифиза и тимуса (Анисимов, 2010; Хавинсон и др., 2011; Кветной и др., 2011). В работах зарубежных исследователей выявлены функции отдельных clock-белков, условия формирования clock-осциллятора и ритмов с разными темпоральными параметрами (см. Golombek et al., 2014), а также развиты представления о системах синхронизации clock-осцилляторов разных структурных уровней организма. Растущее понимание специфики клеточных, тканевых, органных и системных генераторов временных процессов определяют начинающийся возврат зарубежных авторов к «системному мышлению» в аспекте проблемы Времени (Blum et al., 2012; Mohawk et al., 2012). Заметим, что у отечественных исследователей системный подход в изучении этой проблемы всегда оставался в поле внимания (Черниговский, 1985; Баранникова и др., 2003; Кулаев, 2006; Январева и др., 2005; Журавлев, Сафонова, 2012, и др.). Наряду с очевидными успехами в изучении чувствительных к «ходу времени» (термин Н.А. Козырева) биологических объектов, остаются мало разработанными вопросы о временной структуре живых организмов, взаимосвязи клеточно-молекулярных и системных таймеров, сенсорах Времени и пока открыт вопрос о природе Времени. По мнению автора, обширный круг исследований биосистем, выполненных к настоящему времени в мире, позволяет предложить определенные решения по перечисленным вопросам.

«Понять “природу” времени, – значит указать его природный референт, т. е. процесс, явление, “носитель” в материальном мире, свойства которого могли бы быть отождествлены или корреспондированы со свойствами, приписываемыми феномену времени».

А.П. Левич, 2000.

Вынесенное в эпиграф высказывание Александра Петровича Левича представляется совершенно справедливым в свете представлений Г. Лейбница и Н.А. Козырева об энергетической природе времени и его «активных свойствах». Действительно, по аналогии с историей открытия электрона по иммерсионному следу в камере Вильсона, биологические процессы, обладающие рядом темпоральных параметров и потому являющиеся по сути временными процессами, вполне могут быть «референтами» времени и отражать его воздействие. Для понимания «природы» времени в биосистемах важен анализ факторов, определяющих специфику живых организмов по сравнению с косными системами

Феномен жизни и отличия живого организма от косных систем, во все времена привлекали внимание философов и представителей естественных наук (Аристотель, 1937; Страхов, 2008; Вернадский, 1989; Ухтомский, 1966; Шредингер, 2002, и многие другие). Очевидно, что общность базисных законов природы не исключает особенностей их проявления в условиях специфики биосистемы, косной природной или искусственной систем. К их числу, в первую очередь, следует отнести законы термодинамики, определяющие для любой системы возможность и длительность работы, а также время существования (продолжительность жизни). Признавая справедливость законов термодинамики для всех объектов Вселенной, многие исследователи отмечают специфику проявлений второго начала термодинамики для живых организмов (Шредингер, 2002; Пригожин, 2002, и др.). Среди таковых, прежде всего, отмечается невозможность «тепловой смерти» для живых организмов вследствие стремления биосистем к стабилизации уровня энтропии (Вернадский, 1989; Пригожин, 2002; Пригожин, Стенгерс, 2000, и др.).

В основе жизнедеятельности биосистем лежат разнообразные процессы, использующие химическую, механическую, электрическую, световую и другие виды энергии. Как известно, при реализации различных функций (работы) в любой системе происходит частичное преобразование той или иной энергии в тепловую, которая может быть утрачена через теплорассеивание в окружающую среду или частично задержана, определяя уровень хаоса (энтропии) в структурах организма. Для живых организмов справедливы и другие известные определения энтропии: как меры степени неструктурированности потоков энергии и меры термодинамической возможности определенного состояния или процесса. Множественность возможных определений энтропии для биосистемы подчеркивает и разнообразие путей ее регуляции.

Можно ли замедлять и ускорять биологическое время ? Замедлять его биологи уже частично умеют. Достаточно охладить организм, и живые сбавят свой ход, а то и совсем остановятся, при повышении же восстанавливают обычный ритм. Ученые давно думают над тем, как на заданный срок останавливать биологические часы у космонавтов. В таком состоянии они могут достигнуть самых отдаленных планет, почти не старея за время пути. А вот ускорить биологическое время пока значительно сложнее.

Как же сконцентрировать биологическое время? Ученые-биологи определили, что своеобразным концентратором биологического времени служат особые вещества, называемые биогенными стимуляторами. Механизм биологических часов, по-видимому, один и тот же у всех организмов, исключая бактерии, которые вообще не "приобрели" часов. Но разве с одинаковой скоростью протекают жизненные процессы у одноклеточных и многоклеточных организмов? Ведь у одних жизнь длится день, у других – столетие.

Вот коловратка – микроскопическое, но многоклеточное существо. Некоторые ее виды живут всего одну неделю. За эту неделю коловратка успевает вырасти и состариться. Так как же идет биологическое время у этой коловратки, как у человека или в 3 тыс. раз быстрее?

Сама природа дала исследователю прибор, который позволяет следить за течением биологического времени в живом организме, не входя непосредственно в его жизнь и не нарушая взаимосвязи в его структуре. Прибор этот – процесс деления самой . Скорость ее деления косвенно говорит и об обмене веществ внутри ее, и о времени, в котором она живет. Деление клетки дает и еще более важную информацию – где находится механизм, управляющий ходом биологического времени в живом.

На первый взгляд кажется несколько странным, что слон, человек, мышь и другие млекопитающие, так сильно различающиеся по размерам и по продолжительности жизни, первые шаги на жизненном пути делают с одинаковой скоростью.

Если рассматривать первые шаги жизни в развитии от одной клетки и сравнивать мышь и слона, то оказывается, что слон живет 60 лет, мышь – 2–3 года. Эмбриональное развитие у мыши – 21 день, а у слона – 660, почти 2 года. Все начинается одновременно, но как по-разному заканчивается. Может быть, у клетки мыши биологическое время сразу же побежало быстрее, и она в несколько раз обогнала по развитию зародыш слона? Нет, это не так. И мышонок, и слоненок первые 7 дней развиваются с одинаковой скоростью. Но почему же в первую неделю у зародышей слона и мыши одинаково идут биологические часы?

Оказалось, что в этот период почти у всех зародышей млекопитающих биологические часы поставлены как бы на "собачку". Наследственные механизмы – гены, регулирующие скорость роста и обмена веществ, в это время не работают.

Сначала зародыш набирает клеточную массу, в которой затем придется строить различные органы. Как только начинается строительство органов, словно бы заводится пружина часов. Каждый завод делается теперь с осторожностью и не до конца. Вся работа биологических часов идет под контролем генетического аппарата, и чем сложнее становится организм по мере развития, тем с большей четкостью гены выдают информацию. Организм начинает довлеть над работой биологических часов, и действие различных гормонов еще более замедляет биологическое время. У эмбриона, биологические часы которого не сдерживаются так сильно генетическим аппаратом и гормональными влияниями, потому что у него еще не развилась эндокринная система.

А можно ли снять тормоз времени у взрослого организма и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют время, а проще и вернее сказать, снимают тормоз времени? Вся опасность в этом случае сводится к нарушению биологических часов. Ускорение обмена веществ и деления клеток должно быть гармоничным и обязательно в пределах нормы. Обмен веществ в живых клетках проходит всегда с несколько меньшей скоростью, клетка обладает довольно большими резервами на случай опасности. Значит, если дать сигнал опасности, то клетка частично снимет свой временной тормоз и все процессы в ней пойдут с увеличенной скоростью. Для этого необходимо воздействовать непосредственно на те гены, которые регулируют скорости химических взаимодействий огромных биомолекул внутри клетки.

Как же подать клетке сигнал опасности? В процессе эволюции в клетках организма выработался механизм, воспринимающий продукты распада, которые получаются от страдающих по соседству клеток. Поскольку у живых существ молекулярные механизмы восприятия опасности однотипны, при наличии продуктов распада ускорят свой ход биологические часы, как животных, так и растений. Вот почему листья алоэ, выдержанные в темноте, или ткани животных, находящиеся несколько дней в при 4 0 C, содержат уже вещества, способные ускорить обмен веществ в клетках организма, в который они будут введены.

Человек в самом начале эмбрионального развития живет в ускоренном биологическом времени. По мере его развития биологическое время замедляется. После рождения оно еще продолжает идти несколько скорее, чем у взрослого человека. К старости же людям кажется, что время "стоит на месте". Уж не включается ли здесь в работу на полную мощь тормоз времени – гены времени?