Линдберг разработал телеметрическую аппаратуру для записи изменений температуры тела и периодов двигательной активности своих карманчиковых мышей. Радиопередатчик раз в десять меньше двухкопеечной монеты можно было помещать в брюшную полость мышей, не причиняя им никакого вреда. Он получал питание от крошечного ртутного элемента, имел чувствительность в одну десятую градуса и срок годности, равный двумстам пятидесяти дням. Кроме того, исследователь предусмотрел приемно-регистрирующую систему, которая каждые пять минут могла снимать показания термометра и хранить их для передачи на Землю при каждом обороте спутника.
Располагая исключительно удобным подопытным животным и оборудованием для записи ритмов поведения этого животного в любых экспериментальных условиях» Линдберг обратился за советом и помощью к К. Питтендраю, имевшему большой опыт исследовательской работы в области биологических ритмов. Питтендрай заинтересовался столь увлекательным сотрудничеством, и они разработали схему блока для животных и приборов, а также схему, обеспечивающую выполнение всей экспериментальной программы в условиях космического полета.
Первоначально блок для животных состоял из шести тонкостенных алюминиевых цилиндров от 30 до 45 сантиметров длиной и около четырех сантиметров диаметром. В этих цилиндрах должны были разместиться шесть карманчиковых мышей. Через цилиндры предполагалось пропускать под нормальным давлением воздух нормальной температуры. Кроме того, в каждом цилиндре был предусмотрен 30-дневный запас очищенных семян подсолнечника. Торцы цилиндров были закрыты крупной сеткой, которая в условиях невесомости задерживала полноценные семена, но пропускала крошки семян и помета в ловушку для мусора. Мочу должна была впитывать асбесто-целлюлозная подстилка, которая отделяла электронные приборы от мыши. Алюминиевые цилиндры размещались в два этажа по три цилиндра в каждом и монтировались над блоком приборов. Такой совершенно автономный контейнер для тридцатидневного полета шести мышей, включающий оборудование для обработки и хранения информации, а также систему контроля окружающих условий, будет весить не более двенадцати килограммов, занимать объем не более 0,03 кубического метра и потреблять всего 12 ватт электроэнергии.
В начале шестидесятых годов Американский институт биологических проблем учредил пять региональных исследовательских советов, с тем чтобы они подготовили рекомендации для программы биологических исследований на управляемой человеком орбитальной космической станции. В октябре 1966 года эти рекомендации были готовы. Среди них были следующие рекомендации по исследованию биологических ритмов:
Живым организмам свойственна ритмичность многих их функций. Существует несколько видов биологических ритмов — суточные, лунные, годовые. Биологические ритмы находятся под влиянием и внешних и внутренних факторов (последними в некоторых случаях можно искусственно управлять). Изучать биологические ритмы лучше всего сопоставляя организмы, стоящие на различных уровнях организации.
Поскольку многие из этих ритмов связаны с влиянием земного окружения, представляется чрезвычайно интересным и важным их изучение в условиях близких к космическим. Такие исследования могут дать информацию о механизмах биологических ритмов, а также об эффектах, возникающих при нарушении обычных связей с внешней средой. Последний аспект непосредственно связан с потенциальными неудобствами и опасностями космических путешествий.
Весьма вероятно, что биологические ритмы влияют на результаты большинства биологических экспериментов, проводимых на борту спутника, и это следует учитывать в постановке таких экспериментов и при анализе получаемых данных.
Обогащенный новыми знаниями о реакции живых организмов на необычные условия, человек получает возможность управлять окружающей средой. И кто знает, не будет ли этому способствовать изучение ритмов карманчиковых мышей-астронавтов.
19. Внутренние часы человека
Ученые, с исследованиями которых мы знакомились до сих пор, задавались вполне определенным вопросом или ставили перед собой конкретную задачу, разрабатывали методы ее решения и получали тот или иной ответ.
Дарвина, например, интересовало, почему листья «спят», — и он фиксировал их в развернутом, дневном, положении и на основании их реакций пришел к выводу, что листья складываются на ночь, чтобы защититься от ночного холода. Харкер хотела выяснить, где у животного находятся его живые часы. Проведя тонкие хирургические операции на тараканах, она обнаружила их в четырех клетках подглоточного ганглия. Хамнер решил узнать, зависит ли существование циркадных ритмов от сил, связанных с вращением Земли. Он привез растения и животных на Южный полюс и вращал их там в направлении, противоположном вращению Земли. На основании этого эксперимента он пришел к выводу, что ритмы у растений и животных существуют независимо от сил, возникающих в результате вращения Земли.
Во всех этих случаях можно было сформулировать конкретный вопрос, разработать метод экспериментального исследования и получить тот или иной ответ. Но как сформулировать вопрос, приступая к исследованию внутренних часов человека?
«Суточные кривые» человека зависят от столь многих факторов, что их необычайно трудно интерпретировать. Человек в этом смысле очень неудобный для эксперимента организм. Поэтому более полное представление о процессах, определяющих существование циркадных ритмов у человека, может быть получено прежде всего на основании изучения менее высокоорганизованных животных.
Современный взгляд на эту сложную проблему был выражен Юргеном Ашоффом, одним из крупнейших ученых в области изучения биологических ритмов.
«Даже неспециалисту хорошо известно, — писал Ашофф, — что температура тела человека минимальна рано утром и достигает своего максимального значения к вечеру. Это явление было описано еще в 1842 году. С тех пор многочисленные клинические и физиологические исследования показали, что в организме человека нет ни одного органа и ни одной функции, которые не обнаруживали бы суточной ритмичности. Измеряем ли мы число делящихся клеток в той или иной ткани, объем выделяемой мочи, реакцию на лекарство или точность и скорость решения арифметических задач — мы обычно обнаруживаем, что максимальное значение соответствует одному времени суток, а минимальное — другому.»
Так почему же человек плохой объект для экспериментальных исследований?
Не начиная философской дискуссии о различиях между человеком и низкоорганизованными животными, мы лишь отметим, что в экспериментальных условиях поведение человека во времени значительно менее последовательно, чем, скажем, поведение белки-летяги. И человека можно (естественно, при его согласии) поместить в тщательно контролируемые условия, специально созданные для измерения свободнотекущего ритма его активности. Но поскольку ритмы человека подвержены влиянию многих факторов, подавляющее большинство экспериментов по изучению участвующих в биоритмике внутренних процессов проводилось на низших животных.
Вопрос, как работают внутренние часы человека остается для исследователей биологических ритмов самой сложной проблемой. Для получения результатов, сравнимых с результатами последних экспериментов на животных, необходимо и в опытах на человеке обеспечить поддержание точно контролируемых условий освещения, температуры, влажности и т. д. Нужно исключить все внешние ориентиры, которые могут указать на истинное время (особенно это касается всякого рода шумов). А так как самым главным временным ориентиром является свет, чрезвычайно важно обеспечить точно контролируемый уровень освещенности.
Рис. 52. В организме человека, кроме четко выраженного цикла «сон — бодрствование», существует еще около ста функций с суточной цикличностью: скорость деления клеток, различные физиологические функции, реакция человека на действие лекарств, его способность к решению задач.
