Периодичностью биологических процессов ученые интересовались издавна.
Периодические колебания листьев некоторых растений в полной темноте де Мейран описал еще в 1729 году. Несколько позже, в 1751 году, благодаря шведскому естествоиспытателю Карлу Линнею появились первые цветочные часы с крайне простым устройством: циферблат был поделен на секторы, засаженные цветами, раскрывающимися в определенный час.
Так что первые сведения о биологических ритмах были получены из наблюдений за растениями. И все же учение о ритмах жизни зиждется не на ботанических изысканиях – основателем хронобиологии принято считать немецкого врача Христофора Вильяма Гуфелянда, который в 1797 году обратил внимание коллег на универсальность ритмических процессов в биологии и при этом не приминул подчеркнуть, что изо дня в день наша жизнь повторяется в определенных ритмах, что каждый день представляет ее краткое изложение и что суточный цикл вращения Земли вокруг Солнца регулирует жизнедеятельность всего живого, в том числе и физиологические процессы человеческого организма.
Подобные взгляды, по-видимому, и привели к тому, что долгое время биоцикличность рассматривалась как пассивная реакция на ритмичность неких внешних процессов. В начале 20 века исследователи лет двадцать искали неведомый фактор «Х» – предположительную причину периодичности физиологических процессов, протекающих при постоянных освещенности и температуре.
Фактора «Х» найти не удалось. Зато несколькими годами позже шведский исследователь Фольсгрен в опытах на кроликах обнаружил суточный ритм гликогена и желчеобразования. А советские ученые – Е.Е. Введенский, А.И. Ухтомский, И.П. Павлов и В.В. Парина – теоретически обосновали механизмы возникновения ритмических процессов в нервной системе и показали, что ее (т.е нервной системы) ритм определяет прежде всего ритм возбуждения и торможения. Примерно в те же годы появились и другие работы, доказывающие активность периодических процессов в живых организмах. Все это позволило считать суточный ритм спонтанной, возможно, генетически запрограммированной периодичностью, не зависящей от внешних явлений.
Однако эта точка зрения тоже не выдержала испытания временем – сегодня большинство ученых склоняется к мысли о том, что эндогенная (т.е внутренняя) по своей природе ритмичность биологических процессов подвержена влиянию факторов внешней среды.
Большой популярностью среди хронобиологов пользуется мультиосцилляторная модель регуляции ритмических процессов в организме. Суть ее состоит в следующем.
Некоторые ритмические колебания (осцилляции) представляют собой внутренние, генетически обусловленные свойства клеток. В сложном многоклеточном организме все эти осцилляции подчиняются вполне определенной иерархии, благодаря которой организм и работает как единое целое. За сохранность этой иерархии отвечают нейрогуморальные механизмы, которые и сами следуют строжайшему режиму.
Иными словами, с помощью нейрогуморальных механизмов фазовые взаимоотношения ритмов согласовываются таким образом, чтобы однонаправленные процессы «поддерживали» друг друга, а разнонаправленные, несовместимые – находились в противофазе. Без «координатора» (или, как говорят хронобиологии, осциллятора) с подобной задачей справиться невозможно.
Если подойти к проблеме «координатора» с позиции филогенеза, то становится понятно, что у животных, находящихся на нижних ступенях эволюции, не найти лучшего «координатора», нежели эпифиз вместе со своим гуморальным агентом – мелатонином, выделяющимся под воздействием темноты и разрушающимся на свету. Благодаря этому свойству, его и можно рассматривать как основную сигнальную систему, доносящую до всех клеток организма информацию о времени дня и световой фазе суточного цикла. Однако по мере подъема организма по эволюционной лестнице, сопровождающегося формированием у него нервной системы, появляется еще один претендент на роль «координатора» – супрахиаматические ядра гипоталамуса (которые анатомически и функционально связаны с эпифизом).
Именно по этой причине в ученом мире и господствует мнение о том, что у млекопитающих главенствующее место в регуляции суточных ритмов многих функций занимают супрахиазматические ядра гипоталамуса, а у организмов, стоящих на более ранних ступенях эволюции, – эпифиз. И все-таки физиологическое значение эпифиза, и тем более мелатонина, нельзя недооценивать.
Причин тому несколько.
Во-первых, в опытах по выяснению ведущей роли осциллятора нарушались естественные анатомические взаимоотношения эпифиза и супрахиазматических ядер гипоталамуса. Во-вторых, по некоторым данным, мелатонин помимо эпифиза вырабатывается в сетчатке и кишечнике и, следовательно, результаты опытов по удалению эпифиза нельзя считать доказательством отсутствия влияния мелатонина. В-третьих, множество экспериментальных работ свидетельствует о влиянии мелатонина на процессы старения и иммунитет и объясняет полученные данные можно как раз его гармонизирующим влиянием на организм.
Кроме того, вполне возможно, что нейрогенное и эндокринное звенья ритморегулирующей системы супрахиазматические ядра гипоталамуса и эпифиз формируют совместно.
Но в любом случае, независимо от того утрачивает ли свои функции эпифиз или делит их с супрахиазматическими ядрами на более высоких ступенях эволюции, мультиосциляторная модель предполагает наличие еще одного, вспомогательного осциллятора – надпочечников. Мотивируя его присутствие тем, что в надпочечниках ритмические процессы длительное время могут протекать самостоятельно (даже если орган лишен связи с организмом).
