Время имеет значение. Как циркадные ритмы управляют нашими сном, долголетием и счастьем
«День» в жизни нашего организма будет скорее «примерно днем», или циркадным циклом. В латыни circa означает «примерно», а dies – «день».
Оторвавшись от надежных ежедневных сигналов, наши часы начнут сбиваться, увлекая за собой различные физиологические циклы, от сонливости до прилива сил. Более того, наши часы могут выйти из синхронизации друг с другом. Часы, «тикающие» в печени, перестают держать тот же ритм, что часы в коже, носу или сердце. Если вы когда-нибудь меняли часовые пояса, то знаете, что происходит, когда части тела начинают функционировать в разном темпе. Противоречивые сигналы вызывают ряд неприятных эффектов, таких как головные боли, проблемы с пищеварением и трудности с концентрацией внимания.
Наши биологические часы зависят друг от друга. «Они хотят быть синхронизированными, – говорит Смарр. – Хотят знать, что все находятся там, где должны быть. Но они не могут видеть друг друга». Если вы футбольный фанат, то представьте, как левый полузащитник, который за четыре секунды предсказывает местонахождение нападающего на правой стороне поля – например, приближающегося к дальней штанге, – готов отдать мяч ему под ноги и увеличить шансы забить гол. «Если их нет на месте, ваша команда неэффективна», – говорит Смарр. То же самое касается и нашего здоровья.
Дело может быть не только в том, что мои дни в бункере будут длинными или короткими. Вся моя «команда» внутренних часов может развалиться. Это приведет к тому, что мои температурные, глюкозные, сердечные ритмы перестанут согласовываться друг с другом или с моим сном. Жизнь в моем теле может стать «раздробленным опытом», предупредил Смарр. «Кто знает, возможно, десяти дней хватит, чтобы сойти с ума на день или два?» Но даже в этом случае мне повезет. Любой беспорядок в моих ритмах будет временным. Я счастливчик, не работающий посменно, и не школьник, вынужденный вставать тогда, когда, внутренние часы еще «спят». У меня квартира с хорошим дневным светом и без ярких уличных фонарей, светящих в спальню.
Перед тем как повесить трубку, Смарр напомнил мне, чтобы я следила за посещением туалета – еще одна вещь, управляемая циркадными ритмами. Становилось очевидно, как много подчиняется внутренним часам и что мне, возможно, стоит пересмотреть свое отношение к тому, что я считаю лишней информацией.
Солнце, часы и люди были не единственными вещами, от которых я изолировалась в бункере. Недавно я узнала, что красный цвет меньше всего влияет на циркадные ритмы человека. Поэтому я настроила цифровые светильники Хилла на тусклый красный свет, достаточно яркий, чтобы не споткнуться на лестнице, но вполне приглушенный, чтобы не мешать сну. В дополнение я использовала красный налобный фонарь, оранжевый светильник для чтения и электрическую свечу. Но когда я распаковывала свои вещи, то обнаружила потерю, которой не ожидала: пропали цвета. Теперь я видела только оттенки красного и розового, коричневого и серого. Все остальные цвета исчезли – даже нежно-голубой оттенок, как цвет скорлупы яиц дрозда, у пишущей машинки, которую я одолжила для эксперимента.
Я распаковала багаж, разложила продукты и впервые воспользовалась роскошной ванной комнатой, отметив время. Затем вставила в пишущую машинку лист бумаги, который теперь был розового цвета, и начала набирать несколько слов этой главы. Нажатие на жесткие клавиши издавало приятный щелкающий звук, который эхом отражался от бетонных балок и стен. К механической мелодии добавлялся приятный «дзинь» пишущей машинки, напоминавший, что я приближаюсь к концу строки и пора переместить каретку, чтобы начать новую. Одна строка закончилась слишком быстро – обычная неисправность старой Kmart 300 Deluxe 12 1970-х годов.
Спустя пару неровных абзацев я взглянула на время на своем розовом фитнес-браслете, единственные часы, которые временно оставались на виду. Становилось поздно. В 23:15 я заклеила последний цифровой экран черной лентой и объявила себя «слепой» ко времени. Эксперимент начался. Пока я поднималась по двум винтовым стальным лестницам, чтобы приготовиться ко сну, в моей голове проносилось множество вопросов. Как я завтра узнаю, что день закончился и наступила ночь и все последующие ночи? Будет ли это вообще ночь? На моем запястье не будет часов, которые могли бы предупредить меня о том, что день почти закончился. Я буду полностью полагаться на свою внутреннюю систему отсчета времени. Смогут ли эти часы оставаться синхронными с тем ритмом времени, к которому привыкли за сорок с лишним лет? Или же они разбудят слишком поздно или слишком рано – как сломанный правый ограничитель на моей сорокалетней пишущей машинке?
В свое первое утро в бункере я проснулась в состоянии полудремы. Для меня это привычное явление. Но теперь я впервые не могла проверить по часам или телефону, долго ли я проспала или нет. Темнота вокруг не исключала возможности того, что солнце уже взошло.
Пролежав без сна еще какое-то неизмеримое время, я наконец встала и, спотыкаясь, спустилась по лестнице на кухню. Там я приступила к своему утреннему ритуалу – читать за завтраком и пить кофе Keurig, смесь Donut Shop Blend средней обжарки от Clover Valley с добавлением овсяного молока, в белой кружке Titan Ranch. Я сделала свое первое предположение о времени на диктофон: 9:10. Позже отметка времени показала, что было 9:39. Неплохо.
Для справки, мое самое точное предположение за эти десять дней было с погрешностью всего в девять минут. Это произошло во второй день, когда я оставила голосовое сообщение для Хилла. Я сообщила ему, что было около 13:00, а на самом деле было 13:09.
Мое чувство времени не осталось столь точным. Но первые несколько дней я испытывала любопытство по поводу того, что показывают часы вокруг меня под лентой. И как справляются мои внутренние часы с неизменной обстановкой постоянных сумерек, одинаковой температурой и влажностью, отсутствием колебаний воздуха и смены цветов. После третьей ночи я озаглавила запись в дневнике «День после третьего сна» и придерживалась этой номенклатуры до конца своего пребывания. Мой тогдашний парень выбрал термин «фаза» для нумерации каждой из запечатанных записок, которые он дал мне, чтобы я открыла их под землей. Их было четырнадцать, на случай, если мои часы перестанут работать.
Я наполняла свое время чтением, письмом, жонглированием мячами и игрой на губной гармошке. Нельзя было придумать лучшего места для занятий последним хобби, потому что никто не должен был страдать от этого звука. Примерно после трех дней практики я набралась достаточной смелости, чтобы выступить перед камерой видеонаблюдения. Она была установлена для односторонней связи с семьей и друзьями. Моя программа включала основные трюки жонглирования – за спиной, под ногой, «душ» – и простая версия «When the Saints Go Marching In» на гармонике. Волнение было небольшим. Я же не могла видеть реакцию тех, кто смотрел мою прямую трансляцию. За время моего эксперимента, я выступила еще несколько раз, в конце концов добавив в свой репертуар «What a Wonderful World». Уже позже, во время телефонного разговора в аэропорту по дороге домой с моим молодым человеком, я получила интересный отзыв. Хилл сказал, что мои навыки были очень разными в зависимости от времени суток. Легкость, с которой я держала мячи в воздухе, резко снижалась по мере приближения вечера. Так было в начале эксперимента, когда наши дни и ночи были еще максимально синхронизированы.
Мои концентрация и ясность мышления так же менялись в течение дня, как и настроение и уровень тревожности. Ежедневно в течение часа или двух после пробуждения, согласно записям на моем диктофоне, я испытывала позитивные чувства: «счастье», «мотивация», «оптимизм» и «возбуждение». А обычно в середине «дня» я чувствовала себя более подавленной и одинокой, мне приходилось перечитывать один и тот же абзац книги по несколько раз, хотя книги не были ни сложными, ни скучными. Первой книгой, прочитанной в бункере, была «Шерсть дыбом: Медведи-взломщики, макаки-мародеры и другие преступники дикой природы» Мэри Роуч[3]. Это повествование о местах, где люди и дикая природа встречаются или, точнее, вступают в конфликт.
У входа в кухню, в полуэтаже от старого люка контрольного центра, на стальном шкафу висела пара мухобоек. Обе с камуфляжным рисунком, который под красным светом казался оранжево-коричневым.
Я впервые осознала их полезность в мое третье «утро». Теперь я была не одна. Порой крошечные мушки кружили около моей головы, когда я ела, читала и писала. Они улетали, только когда я играла на гармошке. Но кто бы мог их винить? Тем не менее, я не стала использовать мухобойки. По сравнению со своими черными мухами-сородичами, фруктовые мушки чрезвычайно вежливы. Вскоре я поймала себя на том, что рада постоянному обществу этих, как я себя убедила, дружелюбных созданий и особенно выделила одну из них. Она была тихой и спокойной. Я никогда не замечала ее жужжания. Своего нового друга я назвала Пер. Это, конечно, могло подтвердить опасения моих близких. Но потерпите.
Шел сентябрь 2021 года. Прошло ровно пятьдесят лет с момента, ставшего вехой в науке о циркадных ритмах. К концу 1960-х годов в животном мире выявили признаки того, что циркадные ритмы являются эндогенными, то есть определяются внутренними факторами, а не внешней средой. Но никто не знал, где именно находится этот часовой механизм и как он работает. Прорыв, сделанный учеными Сеймуром Бензером и Рональдом Конопкой из Калифорнийского технологического института, позволил приблизиться к разгадке тайны этого механизма. Ученые разводили и выращивали тысячи крошечных плодовых мушек в бутылках. После воздействия на мух ядом, вызывающим генетические мутации, Конопка, аспирант лаборатории Бензера, внимательно наблюдал за их поведением.
Он обнаружил три штамма мутантов мух с искаженным чувством времени: один штамм потерял всякую ритмичность, у другого штамма дни сократились примерно до 19 часов, а у третьего – удлинились примерно до 28 часов. Еще более любопытно, что все три мутации были связаны с одним и тем же геном. Каким-то образом именно этот ген программировал продолжительность их дня.
Поэтому Конопка и Бензер назвали ген period, или per, для краткости. Они опубликовали результаты своих исследований в сентябре 1971 года.
Конопка «попал прямо в центр живых часов», пишет Джонатан Вайнер в своей книге Time, Love, Memory: A Great Biologist and His Quest for the Origins of Behavior, в которой описываются исследования генов, регулирующих эти три функции у плодовых мух. Эта книга стала второй в моем бункерном чтении. Спустя несколько десятилетий после этого случайного открытия трое ученых получили Нобелевскую премию за расшифровку многих молекулярных механизмов, контролирующих циркадные ритмы. Их исследования основывались на работах Бензера, Конопки и других. Они открыли еще два гена часов, которые координировались с period: timeless и double-time. Другие исследователи идентифицировали ряд дополнительных компонентов молекулярного часового механизма мухи, а также нашего собственного. Несмотря на биологические различия, мы имеем очень схожие с мухами гены часов. Десятилетия исследований привели к удивительному открытию: эволюция наделила ранние организмы внутренними кардиостимуляторами и впечатляющими преимуществами для выживания. Они сохранили эти микроскопические шестеренки и механизмы действующими и сегодня. «Изобретение часов, вероятно, было одним из первых действий жизни», – пишет Вайнер.
Читая книгу Вайнера в бункере, я наткнулась на, казалось бы, незначительную деталь о плодовых мухах: научное название насекомого, Drosophila, означает «любитель росы». Другими словами, плодовые мухи – утренние существа. Я встревожилась: если Пер наиболее активен утром, то его присутствие – подсказка о времени суток? Я так старалась избегать дневного света и часов; и теперь я боялась, что мой новый друг может все испортить. В конце концов я пришла к выводу, что Пер, вероятно, провел всю свою жизнь в бункере, а значит, его циркадные часы никогда не были привязаны к солнцу. Я решила, что мы можем продолжить общение. К счастью, эта мысль пришла мне в голову только через несколько недель: вероятно, Пер попал в бункер вместе с моими бананами или мандаринами.
В середине моего пребывания под землей мои биологические часы сбились. Позже мы со Смарром определили, что различные ритмы в моем организме начали выходить из синхронизации на следующий день после моего пятого сна, как он и предсказывал. В моих голосовых записях упоминаются «голодный и урчащий» желудок, «ощущение подавленности», «тяжесть в груди», чувства «одурманенности», «головокружения» и «слабости». Я описываю, как мне бывает жарко и холодно в необычное время суток. Этот день был самым неудачным в моей жизни: мне удалось уронить не только жонглирующие мячи, но и диктофон, и Kindle, и гармошку. Хотя симптомы были ярко выраженными, они казались мне знакомыми. Они напоминили мне о том, как плохо я себя чувствовала в первые несколько дней недавнего отпуска во Вьетнаме. Это было похоже на джетлаг.
Я, конечно, не была первым человеком, который столкнулся с проблемой сбитых часов. А также далеко не первой, кто скрывался от солнца и общества ради науки. До меня уже существовала целая плеяда исследователей циркадных ритмов. 4 июня 1938 года Натаниэль Клейтман и Брюс Ричардсон, тогдашние исследователи Чикагского университета, проникли вглубь Мамонтовой пещеры в Кентукки. Небольшая пещера на глубине 119 футов под землей стала их домом на тридцать два дня. Изолированные от любых колебаний света, температуры или звука, они читали при свете фонаря, питались жареной курицей, деревенской ветчиной и другими блюдами, приготовленными в отеле «Мамонтова Пещера». Они придумали ловушки, чтобы не пускать крыс в свои кровати.
Исследователи также принесли с собой будильник. Он был нужен, чтобы разделить тридцать два календарных дня на примерно двадцать семь строго расписанных 28-часовых «дней» и посмотреть, сможет ли человеческий организм к ним адаптироваться. В результате, молодой исследователь Ричардсон сумел приспособиться к 28-часовому дню. Клейтман же застрял в 24-часовых циклах. Это был любопытный результат, но тогда он не вызвал большого интереса. Десятилетия спустя ситуация изменилась. Ученые оценили, насколько устойчивы внутренние часы Клейтмана. Время сна и бодрствования, температура его тела практически соответствовали 24-часовому циклу, несмотря на 28-часовой временной сигнал, полное отсутствие дневного света или других привычных сигналов. «На самом деле он открыл циркадные часы, работающие в свободном режиме. Просто он еще не знал об этом», – сказал мне специалист по циркадным ритмам Рассел Ван Гелдер, офтальмолог из Вашингтонского университета в Сиэтле.
Мишель Сифр из Франции провел несколько схожих экспериментов более двадцати лет спустя. 16 июля 1962 года. Двадцатитрехлетний молодой человек спустился на глубину 375 футов в ледник во французских Альпах недалеко от Ниццы.
Условия были, мягко говоря, суровыми: температура ниже нуля, влажность 98 %, падающие камни и лед. Он был совершенно один, за исключением паука, которого поймал и держал в коробке в качестве домашнего животного.
После того как я прочитала о его попытках найти компанию, я перестала стесняться моей дружбы с плодовой мушкой. Хотя, вероятно, мне должно было стать неловко из-за моего трехэтажного жилья с климат-контролем, плавающей кроватью, искусственным камином и четырьмя душевыми головками. Жилое пространство Сифра составляло всего 115 квадратных футов. Этого хватало для стула, стола, стеллажа и походной кровати, на изголовье которой он закрепил одну слабую лампочку.
Когда Сифр вышел из пещеры после 63 дней, то думал, что прошло чуть больше месяца. Можно сказать, что он преувеличивал. На пятьдесят первом пробуждении Сифр сделал запись, что провел в пещере 52 дня. Однако он считал, что его суточные циклы длились всего 14 часов. Поэтому он пересчитал, что это примерно 32 дня по 24 часа каждый и переживал: «думал, еще целый месяц впереди». Хотя восприятие его мозгом прошедшего времени было неверным, его тело сохраняло почти нормальный суточный ритм сна и бодрствования. Данные Сифра показали, что средняя продолжительность суток в его организме составляла 24 часа 31 минуту. Эти данные подтвердили наличие циркадных ритмов у человека и, кроме того, доказали, что цикл этих внутренних ритмов может быть близок к 24 часам, но не равен им.
Примерно в то же время, когда Сифр занимался спелеологией, в баварской деревне в немецком бункере началась серия экспериментов. Юрген Ашофф, пионер в области циркадных исследований из Института Макса Планка, изучал внутреннее устройство биологических часов растений и животных, включая птиц, хомяков и мух. Ритмы проявлялись у всех, кого он изучал. Но было одно животное, которое он еще не исследовал. «Мои коллеги и я очень хотели узнать, есть ли циркадные часы у человека», – писал Ашофф.
Ашофф и его коллеги начали свои эксперименты на людях в глубоком подвале мюнхенской больницы. Однако, чтобы по-настоящему разобраться в том, что заставляет нас тикать, Ашофф решил, что им понадобится другое пространство. Там, где нет каких-либо признаков времени из внешнего мира – радио, телевидения, часов, телефонов или меняющихся факторов окружающей среды: температуры, дневного света, шума или вибрации. Вместо того чтобы искать пещеру, они построили ее сами. Комната без окон с метровыми стенами из армированной стали на склоне холма недалеко от Андексского аббатства, известного своим крафтовым пивом. Затем они нашли группу людей, которые временно поселились в двух небольших квартирах-бункерах. Многие из них были студентами, которые искали место для учебы, где их ничего не отвлекало бы.
Команда Ашоффа попросила участников вести обычный образ жизни в апартаментах, где не было контроля времени. Они самостоятельно готовили трехразовое питание и ложились спать, когда уставали. Помимо свежих продуктов и других предметов первой необходимости, участники ежедневно получали по одной бутылке пива Andechs. Это пиво было более чем заслуженно. Участие в исследовании означало использование ректального термометра и регулярную сдачу проб мочи.
В последний день пребывания участников в бункере ученые оставили записку, в которой сообщили, что зайдут навестить их. Они не раскрыли причину своего визита. Когда ученые вошли, то попросили участников назвать время и день недели. Все ошиблись.
В итоге средняя продолжительность «дня» для 85 % участников превысила 24 часа. Самым нестандартным случаем был один мужчина, который провел в бункере пять недель, хотя думал, что прошло только три. Его цикл сна и бодрствования был очень впечатляющим – около 50 часов. Покидая бункер, он сожалел о потерянном времени.
Ученые обнаружили еще одну особенность. У большинства участников эксперимента рассинхронизировались время сна и бодрствования, суточные колебания температуры, выделения мочи и другие функции организма. Например, суточные колебания температуры могли следовать циклу продолжительностью около 25 часов, в то время как ритм сна и бодрствования повторялся каждые 33 часа. Эта информация навела на размышления о том, не тикают ли внутри нас несколько часов.
Чарльз Чейслер, исследователь сна и циркадных ритмов из Бригам-энд-Уоменс[4] и Гарвардской медицинской школы в Бостоне, входит в число ученых, которые разработали и внедрили новые протоколы. Теперь собирают более широкий спектр данных о здоровье с более строгим контролем сна, активности, питания и даже осанки. Цель состоит в том, чтобы отделить истинные циркадные эффекты от прямого влияния поведения и окружающей среды. В некоторых из этих интенсивных экспериментов он создавал участникам 11-часовые, 28-часовые и даже почти 43-часовые дни. Поскольку циркадная система человека не может синхронизироваться с графиками, столь далекими от 24-часового дня, идея заключалась в том, что биологические часы участников должны вернуться к своему внутреннему, эндогенному ритму. Эта работа позволила Чейслеру рассчитать наиболее точный средний суточный ритм здорового человека: 24 часа и 9 минут. Он обнаружил, что циркадные циклы у зрячих людей редко бывают короче 23,5 часов или длиннее 24,5 часов. Это более узкий диапазон, чем ритмы, рассчитанные в баварском бункере, где доступ к электрическому освещению, вероятно, искажал циркадные циклы участников.
В целом, люди, чьи биологические часы работают значительно короче 24 часов, как правило, жаворонки, а те, чьи работают значительно дольше, обычно совы. Данные показывают, что сов больше, чем жаворонков, а большинство людей находятся где-то посередине.
Но, пожалуй, главное открытие всех проведенных на сегодняшний день экспериментов – обнаружение естественного диапазона ритмов между людьми. Сегодня Смарр и другие ученые привлекают внимание к этой проблеме. Традиционные школьные и рабочие графики благоприятствуют людям с быстрыми биологическими часами и усложняют жизнь совам с более медленными часами. «Мы дискриминируем людей по их биологическим особенностям, – сказал мне Смарр во время одной из наших бесед перед погружением в бункер. – Это то, что люди не замечают, но это неправильно».
К вечеру после восьмой ночи я уже съела все, что выбрала себе для ужинов – банки с чили, замороженные блюда пад-тай и карри. Но у меня еще остались ингредиенты для блинов. Завтрак на ужин всегда был моим любимым блюдом. Поэтому я приготовила тесто, выложила его ложкой на сковороду и плюхнула туда кучу замороженной черники. Ягоды под красным светом выглядели скорее черными, чем синими. Прежде чем съесть первый кусочек, я записала время, которое по моим ощущениям было на часах: 17:00.
Даже близко нет. Я начала есть сразу после 6:00. Как раз было время завтрака. На этом этапе эксперимента мои ритмы сна и бодрствования невольно изменились. Теперь я работала в ночную смену, как и многие члены экипажа времен холодной войны, которые обслуживали этот центр десятилетиями ранее, как и миллионы американцев сегодня.
Конечно, я не была наивна и не предполагала, что мои оценки времени будут точными. Я ощущала хаос в своем теле. Подземный опыт напоминал не только международные перелеты. Похожие ощущения я испытывала и в других ситуациях в своей обычной жизни. Позже стало понятно, что многие из нас живут в нарушенном ритме каждый день. Из-за высокотехнологичного мира мы находимся в помещении 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Изобретая свою собственную версию времени, мы ослабили связь с естественными ритмами Земли и Солнца. Это результаты чреваты реальными последствиями как для отдельных людей, так и для общества в целом.
Но это необязательно должно быть нашей реальностью, и в настоящее время реальность такова не для всех. Когда я съела последние кусочки блинчика с черникой, то подумала о Джеймсе Коуплэнде. Я и не знала, что, когда закончила ужин и начала готовиться ко своей предпоследней ночи в бункере, он только просыпался – в нескольких десятках метров надо мной, в своем автофургоне Winnebago.
С Коуплендом мы встретились по приезде на Titan Ranch. Этот парень до двадцати с чем-то лет жил и работал в своем доме на колесах, припаркованном на территории. Когда он не помогал Хиллу управлять ранчо, то писал сценарии для радио на своих многочисленных пишущих машинках, одну из которых великодушно одолжил мне (Winnebago с зелеными полосками). Почти все его вещи, включая восьмидюймовый черно-белый телевизор RCA с электронно-лучевой трубкой, были старше сорока лет. А черные конверсы на его ногах были подходящим дополнением.
С учетом его старомодного характера и стиля жизни Коуплэнд, казалось, жил в большей степени в соответствии с циклами солнца, чем большинство из нас. Он ел три раза в день примерно в одно и то же время, придерживался регулярного режима сна: ложился спать между 22:00 и 23:00 и просыпался около 7:00 каждый день. Он использовал шторы блэкаут, сшитые его мамой, чтобы ночью в Winnebago было темно, а днем через окна проникало много света. Небольшая площадь дома означала, что он никогда не был далеко от окна. К тому же днем он обычно был на улице – по крайней мере, когда не находился под землей. Вечерами Коуплэнд расслаблялется, слушая коротковолновое радио и читая. Он редко испытывает трудности с засыпанием. Его можно считать образцом циркадного образа жизни, капсулой времени, возвращающей нас к прежнему, более синхронизированному с солнцем циклу. Где же мы свернули не туда?
В бункере я заметила несколько ответов на этот вопрос. Современные штрихи, внесенные Хиллом, отражали аспекты воздействия на наши циркадные ритмы. Ситуация с холодильником, например. Хилл обычно держал холодильник на кухне хорошо укомплектованным газированными напитками для своих гостей. На время моего пребывания он убрал несколько банок колы и Mountain Dew, чтобы освободить место для моих продуктов. Наверху, рядом с кроватью, тоже был холодильник.