Алексей Алексенко /

Ужасы безвременья. Часть 3

Трилогия о том, как разобрать и собрать биологические часы, чтобы не осталось лишних деталей

Иллюстрация: РИА Новости
Иллюстрация: РИА Новости
+T -
Поделиться:

Часть третья: о третьем глазе и жизни в условиях диктатуры

Часть первая: о часах, червях и лекарствах от бессонницы

Часть вторая: о мухах, генах и талантливых студентах

В первых двух частях нашего цикла мы многое узнали о том, как устроены наши биологические часы — или, как выражаются зануды-ученые, как регулируются циркадные ритмы. В первой части речь шла о том, как благодаря мелатонину червяк-нереида реагирует на смену дня и ночи. Из второй части мы узнали, почему упрямый организм все же норовит следовать своему собственному ритму, не обращая на смену дня и ночи достаточного внимания.

Теперь остается узнать, как все это работает вместе.

Маятник биологических часов, состоящий из белков PERIOD и TIMELESS, присутствует во всех клетках организма и, в принципе, может качаться в большинстве из них, задавая каждой клетке свой собственный суточный цикл. Но очевидно, что такой системе доверять нельзя, а то еще перистальтика кишечника проснется раньше мозга, и тогда пиши пропало. Ясно, что все клеточные часы надо как-то синхронизировать.

В масштабах организма часы синхронизируются с помощью вещества мелатонина, посылающего организму сигнал сна. Он-то, конечно, распределяется из единого центра. Центр этот, как несложно догадаться, находится в мозгу. Мелатонин делает шишковидная железа, которую любители иностранщины предпочитают называть эпифизом. У некоторых рыб и гадов эпифиз располагается практически на макушке, выпирая из-под черепа наружу, так что его даже назвали «третьим глазом». В этом есть смысл: таким образом эпифизу проще реагировать на свет и темноту.

Фото предоставлено автором
Фото предоставлено автором

У нас с вами эпифиз малость поглубже, в самой середине мозга, но все равно может получать сигналы о свете и темноте из зрительных нервов, от специализированных родопсинов, о которых мы толковали в первой части истории (и еще, кстати, от специализированных криптохромных рецепторов, к зрению не имеющих никакого касательства). Так что установить твердое правило «Стемнело — пора спать!» эпифизу вполне по силам.

Да только вы этому правилу почему-то не следуете. Вы подчиняетесь другому закону: «Уже второй час ночи по московскому времени — пора спать, даже если я в Лос-Анджелесе». А это куда сложнее, и закон этот насаждается совсем другими частями мозга.

Как именно работают самые главные часы организма, стало известно буквально только что. В немалой степени — благодаря профессору Джастину Блау из Кембриджа, который придумал простой фокус: взять для опытов юную личинку дрозофилы, у которой нейронов еще очень мало. И в этом нехитром мозгу оказалось несложно выделить те нейроны, которые и составляют самые главные часы тела — в данном случае, мушиной личинки.

Лежат эти нейроны в гипоталамусе, точнее, в его супрахиазмальном ядре. У личинки их всего шесть; у взрослой мухи больше. Если вам любопытны детали устройства всей машины, отсылаем вас к обзору Сары Эйтон и Эрика Херцога, ведущего специалиста по циркадным ритмам. Но вот только что Джастин Блау добавил в картину самый принципиальный фрагмент: он выделил две группы нейронов, активирующихся в противоположные моменты суток.

Им было дано незатейливое название: расветные клетки и закатные клетки (dawn cells и dusk cells). В общих чертах происходит все так: утром рассветные клетки (активируемые своим циклом белка TIMELESS) сигналят друг другу, что пора вставать. Затем они передают сигнал закатным клеткам. Вечером все происходит наоборот. При каждом таком обмене сигналами маятники в каждом из этих нейронов синхронизируются. В результате мы имеем в самой серединке нашей головы компанию очень дружных нейронов, которые без всяких разногласий между собой генерируют сигнал о смене времени суток.

Именно эта сплоченная группа нейронов гипоталамуса — тот самый диктатор, который говорит остальному мозгу, на какое время ставить будильник.

И только тут в дело вступает шишковидная железа, она же эпифиз или третий глаз. Эпифиз реагирует на сигнал гипоталамуса и выдает мелатонин (если, по мнению нейронов главных часов, наступило время сна), или, напротив, прекращает его выработку. А мелатонин, в свою очередь, синхронизирует ритмы по всему необъятному организму, будь то вы, о наш читатель, или личинка плодовой мушки.

Смотрите, что получается: эпифиз потому и называют иногда «третьим глазом», что он сам по себе в принципе готов реагировать на смену дня и ночи. Клеточные маятники в нем хотя и качаются, но не имеют возможности договориться между собой, а потому сигнал «темнота!» должен был бы пересилить их мерное покачивание и запустить синтез мелатонина. Мелатонин разбежался бы по сосудам, и с наступлением ночи вы почувствовали бы дремоту, в каком часовом поясе ни застал бы вас закат. Однако приказ от слаженных и упертых командных нейронов препятствуют этому: они-то не готовы прогибаться под плюралистичный мир, они живут «по Москве». Эта консолидация элит, то есть супрахиазмальных нейронов, и несет всю полноту ответственности за то, что вы не можете, едва пройдя паспортный контроль, погрузиться в деловой ритм Нью-Йорка: для вас этот ритм покамест вовсе и не деловой, а сонно-убаюкивающий.

Что делаете вы? Вы помогаете организму совершить акт саботажа, гражданского неповиновения: запускаете через желудок в кровяное русло примерно 3 мг того же мелатонина под названием «Мелаксен» (американские маркетологи от фармацевтики хитро соединили в этом названии слова melatonin и relax). Теперь вы подчиняетесь не Москве, а восточному побережью США и спите по графику, одобренному Госдепом. Об этаком можно только мечтать. Нейроны-диктаторы по-прежнему качают свой упрямый маятник, но никто их уже не слушает. Впрочем, через пару суток им это надоест и они сами перестроятся под новый ритм дня и ночи (они все-таки тоже получают сигналы от светочувствительных клеток, хоть и упрямы как черт). Тогда вы перестанете принимать таблетки.

Пока что другого способа противостоять диктатуре супрахиазмальных нейронных часов, кроме саботажа, не существует. Но тот факт, что Джастин Блау и его коллеги расковыряли для нас эти часы, внушает надежду. Они ведь не только любовались перекличкой рассветных и закатных клеток, но еще и выявили химические механизмы, с помощью которых те общаются. А значит, ничего не стоит раскачать и расшатать эти механизмы, чтобы часовые нейроны работали не так слаженно.

Тогда клетки тела — и особенно клетки эпифиза, отвечающие за выработку мелатонина, — освободятся от диктатуры. Они уже не будут получать окриков от начальства. Лишенные надзора, их циклы TIMELESS гораздо охотнее перезапустятся под действием освещенности, как это происходит у червяков и прочих безмозглых тварей.

Засекаем время: сколько лет понадобится биологам, чтобы от общего понимания принципов работы биологических часов прийти к разработке высокоэффективных фармакологических препаратов, начисто снимающих все виды джет-лага, включая социальный. Вроде тех, о которых мечтал Сеймур Бензер, чью семейную жизнь едва не погубил неразрешимый конфликт сов и жаворонков. Лет пять, возможно? Доживем ли?

Опыт большинства когда-либо живших людей учит нас, что все самое классное наверняка изобретут, когда нас уже не будет. Но зато мы можем быть свидетелями важных открытий; еще неизвестно, что интереснее.

Читайте также:

Часть первая: о часах, червях и лекарствах от бессонницы

Часть вторая: о мухах, генах и талантливых студентах