О миграциях перелетных птиц

Впрочем, проницательные люди понимали это и раньше. Нам уже приходилось цитировать Блаженного Августина, который говорил, что мир был сотворен не во времени, а вместе со временем. Он же вопрошал: "Что же такое, еще раз повторяю, что такое время?

Пока никто меня о том не спрашивает, я понимаю, нисколько не затрудняюсь; но как скоро хочу дать ответ, совершенно становлюсь в тупик". И в самом деле: в пространстве можно перемещаться в любом желаемом направлении, по всем трем его осям, или координатам, время же принципиально одномерно и течет из прошлого в будущее. Существует даже понятие "стрелы времени", причем принято выделять т р и е е с о с т а в л я ю щ и е: термодинамическая стрела, космологическая стрела и психологическая стрела. Все они направлены в одну сторону: термодинамическая стрела указывает направление, в котором увеличивается энтропия (мера беспорядка); космологическая стрела отражает расширение Вселенной (по уточненным данным, наш мир родился 13 с небольшим миллиардов лет назад); психологическая стрела определяет наше субъективное ощущение времени.

Поскольку психологическая стрела задается термодинамической и подчинена ей, мы запоминаем события в том же порядке, в каком растет энтропия. Именно поэтому мы помним прошлое, а не будущее.
Оставим в покое высокие материи и присмотримся повнимательнее к биологическим ритмам, пронизывающим всю биосферу. Перелетные птицы улетают осенью, а прилетают весной, цветки одуванчика раскрываются утром, а ночные фиалки вечером. Внутренние ритмы нашего собственного организма (такие, как гормональные приливы и отливы или циклические колебания температуры тела) мы даже не замечаем.

Ритмы существуют у примитивных животных, лишенных головного мозга, и даже у отдельных клеток. Например, на песчаных пляжах залива Кейп-Код (США) встречается разновидность золотистых водорослей, у которых был установлен строгий суточный ритм. Во время прилива эти одноклеточные организмы прячутся в песке, но как только начинается отлив, они выбираются на солнце, чтобы подзарядить свой аппарат фотосинтеза.

Незадолго до начала следующего прилива водоросли вновь уходят на безопасную глубину.
Разумеется, приливы не происходят каждый день в одно и то же время, поскольку их цикл связан не с солнечными 24-часовыми сутками, а с лунными, продолжительность которых составляет 24,8 часа. Поэтому если в понедельник водоросли атлантического побережья северо-востока Соединенных Штатов должны успеть зарыться в песок в 14 ч 1 мин, то во вторник в 14 ч 57 мин, в среду в 15 ч 55 мин и т. д.
Чтобы выяснить, зависит ли столь сложный ритм от внешних сигналов, представителей популяции золотистых водорослей перенесли в лабораторию и поместили в сосуд в условиях постоянного освещения. Какойлибо имитации при ливов тоже не бы ло пред усмотрено. Выяснилось, что, несмотря на равномерное круглосуточное освещение, водоросли продолжают упорно карабкаться наверх, когда на родном пляже начинается отлив, и зарываются в песок незадолго до прихода воды.

Они были настолько пунктуальны, что экспериментаторы могли сверять по ним часы и даже судить об уровне воды на берегу океана, находившемся на расстоянии более 27 миль. Совершенно очевидно, что поведением водорослей управляет биологический хронометр, привязанный к лунному циклу.
Подобные ритмы принято называть циркадными (от лат. circa "около" и dies "день"), или околосуточными, и хотя цикл золотистых водорослей привязан не к солнечным, а к лунным суткам продолжительностью 24,8 часа, дела это не меняет. Вообщето правильнее говорить "циркадианный", но в биоритмологии давно и прочно утвердился более короткий термин "циркадный". У человека тоже есть циркадные ритмы чередование сна и бодрствования, суточные колебания температуры и концентрации гормонов, спады и подъемы умственной и физической работоспособности и т. д.

Скажем, размах колебаний температуры тела на протяжении суток составляет 0,6 °C. В дневное время она выше, чем утром, достигает максимума во второй половине дня и снижается до минимума ночью между 2 и 5 часами утра. Если вам случалось засидеться за полночь (например, на вокзале), вы наверняка испытывали чувство легкого озноба.

Это связано не только с усталостью, но и с самой низкой суточной температурой тела.
У человека и других дневных животных подготовка к пробуждению начинается еще до рассвета. Гормон кортизол (гидрокортизон), вырабатываемый корой надпочечников, подготавливает организм к заботам грядущего дня. Сердечно-сосудистая система тоже готовится к режиму бодрствования: в крови растет концентрация адреналина, который, в свою очередь, повышает артериальное давление и увеличивает частоту сердечных сокращений.

Между прочим, именно с выбросом адреналина связан утренний (около 6 часов утра) пик инфарктов и инсультов, поскольку в этот час резко подскакивает кровяное давление. А вот у ночных животных пик выброса кортизола приходится на ранние вечерние часы.
Экскреция мочи тоже подчиняется определенному ритму она минимальна ночью во время сна. Мы проводим в постели около 8 часов, и если бы организм терял ночью много жидкости, это грозило бы уменьшением объема крови. Скорость выделения мочи определяется, по всей видимости, ритмическим выбросом нескольких гормонов.

Во всяком случае, ученые обнаружили выраженный циркадный ритм в содержании вазопрессина антидиуретического гормона (диурез мочеотделение), выделяемого задней долей гипофиза.
Ритмы с периодом более суток называются инфрадианными (от лат. infra "под, ниже" и dies "день", то есть цик л повторяется меньше одного раза в сутки). Например, некоторые грызуны ежегодно впадают в зимнюю спячку и проводят в состоянии полного покоя несколько месяцев. Температура тела в это время падает у них почти до нуля.

У человека к числу инфрадианных ритмов относится овариально-менструальный цикл у женщин.
Ритмы с периодом меньше суток называются ультрадианными (от лат. ultra "более, сверх" и dies "день", то есть цик л повторяется больше одного раза в сутки). Чередование фаз ночного сна у человека один из многих примеров подобных ритмов.
Иногда выделяют сезонные и окологодичные ритмы, а так же ритмы, связанные с 11-летним циклом солнечной активности, но мы будем придерживаться общепринятого базового членения биоритмов на три группы циркадные (циркадианные), инфрадианные, ультрадианные.
О миграциях перелетных птиц наслышаны все. Золотистая ржанка летит размножаться на Аляску из Аргентины, покрывая расстояние свыше 10 000 километров, а полярная крачка, которая гнездится на севере Европы и Азии и в Северной Америке, мигрирует в Антарктику. Но что служит пусковым механизмом миграции? Уменьшение длины светового дня или падение температуры?

Забегая немного вперед, сразу же скажем, что окончательного ответа на эти каверзные вопросы получить так и не удалось. Перелетных птиц разбивали на группы и содержали в самых разных условиях и в местах их гнездования, и в местах зимовки, и в лаборатории при постоянной температуре и чередующихся 12-часовых колебаниях света и темноты. Во всех группах сохранялся один и тот же годичный цик л поведения. Где бы птицы ни находились, весной и осенью они начинали проявлять признаки так называемого миграционного беспокойства (ночная активность, не характерная для других сезонов), а в промежуточные периоды происходила смена оперения.

Очевидно, что механизм, определяющий этот основной ритм, спрятан где-то глубоко внутри.
Изучение зимней спячки грызунов тоже дало неоднозначные результаты. Скажем, золотистый суслик, коренной обитатель Скалистых гор (Северная Америка), в лабораторных условиях, как и на воле, в сентябре октябре начинал больше есть, набирал вес и благополучно впадал в спячку, хотя его содержали при обычной комнатной температуре и 12-часовых периодах света и темноты. Безусловно, здесь работает некий наследственный механизм, отражающий долгую эволюционную историю вида. Биологические часы золотистого суслика явно игнорируют большую часть сигналов извне, что вполне объяснимо. Если бы животные, прежде чем начать готовиться к зимней спячке, стали дожидаться наступления определенных внешних событий (например, понижения температуры), то их выживание сдела лось бы проблематичным.

Затянувшееся бабье лето (что в Скалистых горах не редкость) могло бы замедлить процесс отложения жира, и тогда внезапная снежная буря неминуемо погубила бы грызунов.
Однако сказанное не означает, что информация извне вовсе не принимается во внимание. Когда сусликов содержали при постоянной температуре 35 °C (она близка к нормальной температуре тела этих животных), спячка у них не наступала, но годичные циклы прибавки и потери веса сохранялись. Таким образом, по крайней мере один из факторов среды температура может воздействовать на генетически запрограммированные ритмы.

Точно так же было показано, что суточный цик л зяблика (эти птицы, как и большинство других, активны днем, а спят ночью) в известной степени зависит от количества и интенсивности света.

Содержание раздела