Припущення про те, що ссавцем властиві внутрішній годинник, які щодня синхронізуються добовим циклом, виникло з експериментів Мейнарда Джонсона в Гарварді незадовго до другої світової війни, але про нього незабаром забули. Лише в 50-х роках Френк Браун з Північно-західного університету й Колин Питтендрих із Принстона відродили концепції годин і захоплювання (синхронізації). Ідея використовувати щоденний стимул для підстроювання фази циркадианних годин народилася в дисертації Кеннета Роусона в 1956 році. Ця здатність підбудовувати фазу по сигналі часу - найважливіша умова корисності будь-яких циркадианних ритмів. Роусон у своїх досвідах використовував ссавців, хоча вони виявилися не кращими об’єктами для дослідження підстроювання фази . І незабаром біологи освоїли для цього інші організми, часом екзотичні, але кожний з яких давав дослідникові нові можливості

В експериментах на одноклітинній водорості Conyaulax було отримано одне з перших, хоча дотепер невизнаних, свідчень парного підстроювання. Одночасно або трохи раніше аналогічні дані були отримані на звичайній плодовій мушці Drosophila pseudoobscura у лабораторіях Впринстоне.

З початку ХХ століття плодові мушки стали самим докладно досліджуваним багатоклітинним організмом на планеті. У цей час складений величезний каталог її мутантів - незамінний інструмент у руках дослідника. Такий інструмент зовсім необхідний: усякий критичний експеримент має потребу в ретельному контролі, без якого експеримент навряд чи буде однозначним. Доти поки біолог-експериментатор не порушить питання абсолютно точно, Природа буде відповідати ухильно. Використання генетичних маркерів дозволяє створити надзвичайно однорідну популяцію досліджуваних організмів. Вивчаючи мутантів з різними порушеннями зору, проводячи штучний відбір ліній мух зі зміненим періодом годин або незвичайною чутливістю до температури, біологи вже просунулися так далеко, що виділили, клонували й картировали гени, що контролюють розвиток циркадианних годинника

Зачаття плодової мушки відбувається звичайним шляхом. Запліднене яйце розвивається, і з нього лупиться малюсінька личинка. Потім у життєвому циклі всякої мухи наступає стадія, коли личинка повинна перетворитися в статевозрілу крилату особину. На час цього перетворення комаха вкривається в товстій коричневій капсулі - це заковане в панцир істота називається лялечкою. Усередині оболонки кожної лялечки майже всі личиночние органи розчиняються й утворять рідку масу, з якої заново будується тіло дорослої особини. Тільки мозок залишається незмінним, і в ньому продовжують цокати циркадианние годинники. Нарешті, приходить строк, коли самка повинна вибратися на волю, випробувати свої крила й підшукати собі партнера. Самка роздмухує на голові маленький пухирець і виштовхує « кришку-люк» - вихід з оболонки. Через кілька хвилин вона на волі. У природних умовах, а також у лабораторії при чергуванні 12 годин світла 12 годин темряви ця подія - вилупление дорослої особини - відбувається в перші світлі годинники

Момент вилупления задають циркадианние годинники. Лялечка з кожним днем усе більше дозріває, готуючись до моменту, коли вона вийде на світло й вступить у конкурентну боротьбу. Ця готовність, що наростає день у день, залежить також ще одного фактора - часу доби кращого для вилупления. Мушці нема рації з’являтися, коли день уже скінчився або підставляти своє ніжне вологе тільце спеці дня. Доцільніше всього з’явитися рано поутру. Це можна забезпечити внутрішній ритм - підвищуючи або знижуючи поріг готовності

Якщо зміни порога не великі, мушки однаково будуть лупитися в будь-який час циркадианного циклу, але в один час із більшою ймовірністю, чим в інше. Якщо ж поріг змінюється в широких межах, якщо в деякі годинники він піднімається швидше, ніж наростає готовність, то в ці годинники не з’явиться жодна мушка. Залежно від віку лялечки, що зріє, вона приєднується до тої або іншої купки що лупляться, але ніколи не почне вилупление в проміжні годинники. Появи мушок будуть розподілені в часі дискретними пачками - це розподіл відбиває роботу годин, що задають ритм зміни порога

В ембріонів плодової мушки циркадианние годинник не включаються самі собою автоматично. Якщо з моменту зачаття мушки перебувають у постійній темряві, момент вилупления визначається віком і зовсім не залежить від часу доби. Якщо популяція складається з особин різного віку (у межах декількох днів), то моменти окремих вилуплений утворять плавний розподіл, що охоплює кілька днів, без ознак щоденного згущення й розрідження. Але якщо на етапі раннього розвитку буде поданий який-небудь сигнал часу, то через кілька днів вилупление буде відбуватися «купчасто», роздільними піками, що відстоять друг від друга на 24 години. Одиночний спалах світла, наприклад, запускає годинники у всіх ембріонів. Їх 24-годинний період - уроджений, генетично запрограмований. Але в мутантів цей період може становити, наприклад, 19 годинника

За таких умов змісту стан внутрішніх годин чуйно реагує на найменші варіації температури, на саму незначну засветку. Якщо личинки містити при постійному висвітленні, то воно зупинить хід годин, навіть якщо вони були пущені. Виявляється, годинники дрозофили не зауважують червоного й жовтого, - але голубой, навіть такий слабкий, як місячне світло, відразу придушує циркадианние коливання. У лабораторіях для цього використовують яскраві лампи денного світла. Якщо лялечок, вирощених на світлі, перенести в червону або жовту темряву, всі годинники разом, одночасно відновлять хід і будуть цокати синхронно. Приблизно через 17 годин наступить пік масового вилупления, потім ще через 24 і так далі, поки не дозріють наймолодші лялечки. Однак навіть короткочасний спалах світла, що прорізає вічну ніч, здатна зрушити всі наступні піки вилупления - начебто світло викликає підстроювання внутрішніх годин, перекладаючи їх з якоїсь старої фази, на яку довівся спалах, у якусь нову. Цю нову фазу легко оцінити, екстраполюючи наступний ритм виступів назад, до моменту початку спалаху світла

В експериментах із дрозофілою підстроювання фази викликають на ранній стадії розвитку в лялечок. Спеціальний апарат, здатний протягом декількох тижнів реєструвати поява мушок, дозволяє спостерігати моменти. Коли циркадианние годинник виявляються в нульовій фазі (вилупление), а отже, обчислювати фазу в будь-який час, оскільки період годин становить 24 години. Таким чином, можна встановити, на скільки, наприклад, зрушилася фаза годин під впливом світлового імпульсу, прикладеного за кілька днів до моменту вилупления.

При перших пошуках сигуляции біологічних годин в експериментах, організованих за схемою «пастки сингулярности», було використано більше 500 чашок Петри - застосовувався вплив світлом різної тривалості й у різний час. Постійно реєструвався час виступленья, а по ньому оцінювалася нова, підбудована, фаза провідного циркадианного ритму. У всіх чашках спостерігалося по кілька пікових мушок - щодня по одному, у те саме час за показниками внутрішніх годин. Перший пік склали самі старші в групі особини. Їхнім молодшим сестрам знадобилося ще кілька днів, щоб завершити дозрівання й підготуватися до «виходу на світло», що відбувся по такому ж сигналі того ж самого циркадианного ритму

Коли всі отримані піки вилупления - біля полтура тисяч - були зображені у вигляді крапок на кристалі часу, вийшов повністю закінчений трьох мірний графік залежності нової фази від величени стимулу й старої фази

Pages: 1 2