Читать книгу "Мозг – повелитель времени - Дин Буономано"

Но циркадный ритм — это не просто осцилляции с частотой около 24 ч; такие осцилляции должны быть устойчивыми. Часовых дел мастера XVIII в. боролись с влиянием температуры на ход механических часов и маятников, и эволюции тоже пришлось решить проблему ускорения биохимических реакций с повышением температуры. Мы до сих пор не очень хорошо понимаем, как эктотермные53 организмы, такие как цианобактерии, растения или мухи, поддерживают 24-часовой ритм жизни, невзирая на суточные и сезонные колебания температуры. Но мы знаем, что с саморегулирующейся транскрипционно-трансляционной петлей обратной связи взаимодействует множество других генов и белков, и некоторые из них, по-видимому, компенсируют влияние температуры54.

ДЖЕТЛАГ

Радиостанция WWVB, расположенная поблизости от Форт-Коллинза в Колорадо, передает очень важную, но чрезвычайно скучную информацию. На протяжении всего дня она посылает сигналы всемирного координированного времени для всех часов во всей Северной Америке, включая те, которые синхронизируются через радиосигналы. Такую же работу выполняет супрахиазматическое ядро головного мозга. Молекулярный механизм, заставляющий работать внутренние часы, существует во всех клетках млекопитающих. Таким образом, концентрация белка Period осциллирует не только в нейронах супрахиазматического ядра, но и в большинстве клеток нашего тела55. Функция супрахиазматического ядра заключается в том, чтобы все эти часы работали синхронно.

Весь день нейроны супрахиазматического ядра рассылают сигналы в различные отделы нервной системы56. Уровень активности этих нейронов косвенным образом отражается в том, спим мы или бодрствуем, а также служит калибровочным сигналом для определения реального времени суток (или того времени, которое супрахиазматическое ядро считает реальным временем суток). Подобно большинству клеток тела, нейроны супрахиазматического ядра существуют в полной темноте, глубоко в извилинах мозга. Поэтому возникает вопрос: откуда они знают правильное время — день сейчас или ночь?

На языке специалистов в области хронобиологии супрахиазматическое ядро тренируется под действием внешних сигналов — синхронизаторов (zeitgebers). Конечно же, самым мощным синхронизатором является солнечный свет. Совсем не случайно супрахиазматическое ядро расположено в месте пересечения правого и левого оптического нерва. Благодаря этому расположению ядро получает данные относительно уровня освещенности снаружи черепа. А эта информация позволяет тренировать биологические часы и обеспечивать соответствие их показаний фазе вращения Земли. Однако все это проще сказать, чем сделать.

Любой человек, переживший физические и психические неудобства, связанные с пересечением земных меридианов, знает о сложностях перенастройки биологических часов. Ресинхронизация супрахиазматического ядра после перелета из Лос-Анджелеса в Лондон может занять несколько суток: для перехода на новый ритм после пересечения каждого часового пояса требуется примерно по одному дню. А вот наручные часы можно сразу перевести на местное время.

Это различие отражает разные принципы устройства биологических и рукотворных часов. Частота осцилляций кристалла кварца в большинстве наручных часов составляет 32 768 Гц, так что за час отсчитывается 32 768 × 60 × 60 осцилляций. Для перевода часов по прибытии в Лондон не требуется переделывать часовой механизм, а нужно только формально изменить общее число осцилляций путем перевода часовой стрелки (или цифры). Напротив, колебание маятника биологических часов происходит за полные сутки, так что их перевод — гораздо более сложная процедура, затрагивающая сам часовой механизм и требующая сдвига на половину колебания. «Колебание» в данном случае — это рост и снижение концентрации внутриклеточных белков. Немедленно изменить концентрацию белков в клетке просто невозможно, как невозможно немедленно «перенастроить» наполовину опустевшие песочные часы.

На экваторе один часовой пояс (шириной 15° долготы) соответствует расстоянию примерно в 1600 км. Таким образом, чтобы пересечь 8 часовых поясов (что эквивалентно путешествию из Лос-Анджелеса в Лондон) за 12 ч нужно перемещаться со средней скоростью свыше 1000 км/ч. Это намного быстрее, чем бегают, плавают или летают любые животные. По этой причине джетлаг — новое явление, вызывающее сонливость и раздражительность не только у туристов и ученых, посещающих международные конференции, но и у пилотов, военных и дипломатов, которые в таком состоянии могут принимать неверные решения.

Однако не все переезды переносятся одинаково тяжело. Перемещение на восток пережить гораздо сложнее, чем перемещение на запад. Перемещение на восток требует перевода наших биологических часов вперед: при перелете из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк мы должны перевести наручные часы на три часа вперед, тогда как при переезде на запад у нас остается «запасное время». Переезд с западного побережья на восточное сравним с ранним отходом ко сну, тогда как переезд с востока на запад — с поздним отходом ко сну, а для большинства людей гораздо труднее заснуть рано, чем поздно. Вполне в соответствии с этим интуитивным ощущением обычно гораздо труднее переносится переезд с запада на восток, поскольку биологическим часам труднее перескочить вперед, чем отстать, хотя механистические причины этого явления не совсем понятны.

Мыши, кажется, тоже тяжелее переживают джетлаг при перемещении на восток. Когда группу старых мышей помещают в условия, имитирующие хронический джетлаг к востоку, каждую неделю сдвигая их суточный цикл на шесть часов вперед, через восемь недель эксперимента смертность в этой группе значительно выше, чем среди мышей, которым суточный цикл смещают на шесть часов назад, имитируя перемещение на запад57.

БОРЕМСЯ С ЧАСАМИ

Вы «жаворонок» или «сова»: рано ложитесь спать и рано встаете или поздно ложитесь и поздно встаете? Эти «птичьи» термины обозначают хронотипы. Для определения хронотипа существует стандартный набор вопросов относительно того, когда человек предпочитает идти спать, когда он наиболее активен, когда ему лучше работается. Хронотипы отражают естественные вариации характера суточной активности в популяции, связанные с влиянием окружающей среды и с возрастом. Но к какому бы хронотипу мы не относились, большинство из нас способны адаптироваться (пусть с недовольством) к различным режимам рабочего дня. Однако есть люди, которые, как ни стараются, засыпают в восемь вечера, что мешает им нормально работать и вести нормальную социальную жизнь. Про таких людей говорят, что у них нарушен суточный ритм сна.