Время имеет значение. Как циркадные ритмы управляют нашими сном, долголетием и счастьем

Глава 4. Ритм и блюз

Я уже побывала там, где не светит солнце, спрятавшись от дневного света в бункере в Арканзасе. У меня есть воспоминания и данные, подтверждающие, как тяжело мне это далось. А как мой ритм может отреагировать на противоположную крайность – бесконечный свет? Чтобы узнать это, я решила отправиться в совершенно иную и гораздо более привлекательную экспедицию – солнечную летнюю поездку на Аляску. Там в период полярных дней солнце лишь слегка касается горизонта и ночь не наступает полностью.

Планируя поездку на север, к полуночному солнцу, я пообщалась с Кристофером Юнгом из Университета Аляски в Анкоридже. Он был одним из немногих ученых в штате, исследующих циркадные ритмы, что меня удивило, учитывая огромное значение этого явления в таких высоких широтах. Кристофер только что закончил исследование, посвященное изменениям сна жителей Аляски в течение года. Неудивительно, что участники исследования спали больше зимой, чем весной, когда солнце восходило раньше. Подобное наблюдалось, даже если люди использовали плотные шторы. Юнг дал мне несколько советов по поводу поездки, а затем предложил отличный вариант. Он пригласил меня присоединиться к нему и группе его местных друзей – Клинту, Шону, Стиву, Ларри и псу Скауту – на выходных в конце июня, чтобы заняться рафтингом и остановиться в кемпинге в национальном парке Денали. Без крыши над головой я буду подвергаться воздействию дневного света днем и ночью. Идеально.

Через несколько недель, после полета на самолете Аляска Эйрлайнз и поездки на поезде Аляскинской железной дороги, я стояла в парке. Была середина дня, и я была окружена заснеженными горами, которые мерцали в лучах отраженного солнца. Мы отправились в дальний поход, успели поужинать, а солнце почти не сдвинулось с места. Оно все еще висело высоко в небе, когда наша группа наконец выбрала место для лагеря в каменистом поле рядом с Шоссе 3.

Мы пили виски и рассказывали друг другу истории. В основном мои новые друзья рассказывали страшные истории о близких встречах с медведями и лосями во время прошлых поездок. Это была та часть настоящего аляскинского приключения, к которой я оказалась не готова. В ту ночь часы летели незаметно, а солнце, казалось, неподвижно висело над горизонтом. В конце концов, оранжевый шар опустился настолько низко, что почти скрылся за окружающими вершинами Аляскинского хребта.

Было 23:58 24 июня, и сияние шара быстро угасало. Я приехала сюда ради полуночного солнца. И я увижу полуночное солнце, черт возьми.

Не помешало бы подняться выше, поэтому я взобралась на крышу автофургона Клинта. Он жил не в таких суровых условиях, как остальные. И это был не Winnebago[24] 1970-х годов, а современный Minnie Winnie[25]. Когда цифровой дисплей моего розового фитнес-браслета показал полночь, на вершинах гор все еще блестел тонкий лучик солнца, подчеркнутый ярко-красным цветом туманных облаков над головой. Юнг протянул мне виски – я сделала торжественный глоток.

Свечение над горизонтом так и не исчезло полностью. После нескольких часов, проведенных в сумерках у костра, сразу же наступил рассвет, и все легли спать. Или пытались уснуть – сон не приходил. Солнце озарило оранжевый нейлон моей палатки. В 2:45 ночи я услышала щебетание птиц и изо всех сил пыталась унять поток мыслей. По крайней мере, назойливый дневной свет уберег меня, чтобы не наступить в огромную кучу лосиного помета, когда я пошла в лес в туалет.

На следующее утро Юнг озвучил мои мысли: «Я мог бы поспать еще пару часов. Черт возьми, этот СХЯ». Тем временем Клинт жаловался, что полотенце, которое он повесил на окно своего автофургона, упало ночью и пропустило лучи раннего яркого утреннего света. Те из нас, кто спал в палатках, не испытывали сочувствия.

За пять дней, проведенных мной на Аляске, темнота так и не пришла. Скучно тоже не было – пять встреч с лосями и порог пятой категории сложности. Мы дважды сплавлялись по реке Ненана на небольшой флотилии плотов. Ее темно-синие и местами мутные воды неспешно, а затем быстро и снова неспешно несли нас через серию широких долин и узких каньонов. Во время второго спуска я сидела на оранжевом складном стуле Home Depot[26], привязанном к синему катарафту. Он выглядел неустойчиво, но оказался прочным «троном», как мы его прозвали. Я наслаждалась прекрасным видом, пока мой опытный гид Шон тщательно все отмерял и управлял плотом. Он предвидел весь маршрут, готовя плот к успешному прохождению каждого поворота и валуна, а не просто реагировал на меняющиеся условия – словно хорошо настроенные циркадные часы. Шон даже успевал подсказывать мне, когда я могла расслабиться и потягивать пиво, а когда нужно было крепко держаться за трон.

Примерно 4,5 миллиарда лет назад, в результате множества столкновений и гравитационных коллапсов при формировании Солнечной системы, появилась Земля – планета, сразу начавшая вращаться и совершать регулярные обороты. В те ранние дни наша планета вращалась вокруг своей оси примерно раз в 6 часов.

В конце концов, она замедлилась до 24-часового вращения в восточном направлении, которое мы наблюдаем и сегодня. Земля продолжает свое ежегодное вращение вокруг Солнца. Удар планеты размером с Марс, по мнению ученых, привел к образованию Луны и небольшому наклону Земли относительно своей оси. Это создало сезоны и разную продолжительность дня в Северном и Южном полушариях. С тех пор гравитационное притяжение Луны поддерживает этот наклон относительно стабильным и способствует регулярному приливу и отливу океанских волн, которые колеблются в течение лунного дня и месяца.

Менее чем через миллиард лет после появления Земли жизнь начала развиваться в соответствии с этими ежедневными, лунными, сезонными и годовыми циклами. Выживание означало принятие и использование предсказуемых закономерностей планеты. Естественным образом организмы развили внутренние часы, генерирующие соответствующие регулярные ритмы. Приспособление к земному времени позволяло организму предвидеть грядущие изменения и готовиться к ним, а не просто реагировать на них. Это увеличивало шансы сделать правильное действие в нужное время. Такая синхронность позволяла организму корректировать это «нужное время» с учетом изменения продолжительности дня в течение четырех сезонов, что было особенно важно для тех, чье место обитания находилось далеко от экватора.

Однако часы, подаренные нам эволюцией, не могут считаться точными. Они почти всегда идут немного быстрее или медленнее, чем 24 часа. Как старые напольные часы, центральные часы в нашем мозге и периферийные часы по всему телу естественным образом рассинхронизируются и поэтому требуют периодической калибровки на правильное время суток. К счастью, для этой настройки нам не нужен часовщик, нам нужны только цейтгеберы, что по-немецки означает «дающие время».

Цейтгеберы – это ритмично повторяющиеся сигналы окружающей среды, благодаря которым циркадные часы организма синхронизируются с суточным ритмом Земли.

Главным и надежным сигналом служит восход и закат солнца и соответствующие изменения цвета и интенсивности света, которые зависят от вращения Земли.

Воздействие яркого, насыщенного синим светом солнца днем и мягких, янтарных оттенков, напоминающих закат или костер, ночью позволяло нашим биологическим часам работать точно на протяжении тысячелетий. Но только в первом десятилетии 2000-х годов серия открытий привела ученых к тому, что они обширно исследовали зрение и обнаружили те рецепторы, которые помогают свету так сильно влиять на наши биологические часы.

Когда я начала изучать эту часть циркадного пазла, то отыскала свой учебник биологии для средней школы середины 1990-х годов. Как и следовало ожидать, в четвертом издании Биологии Нила Кэмпбелла[27], выполненном в зелено-бежевых тонах, обсуждались только два типа фоторецепторов: палочки и колбочки. Эти клетки, находящиеся во внешнем слое сетчатки, позволяют нам видеть: они улавливают фотоны света и преобразуют их энергию в электрические сигналы, из которых мозг собирает изображения. Палочки, названные так из-за своей удлиненной формы, улавливают тонкие изменения в свете и тени, фигуре и движении. Эти клетки помогают нам видеть при слабом освещении. Колбочки, как можно догадаться, имеют форму, подобную конусам. При достаточном освещении они обеспечивают нам цветное зрение. Различные типы колбочек отвечают за красные, зеленые или синие фотоны света. Работая вместе, наши колбочки различают все цвета радуги – если вы не страдаете дальтонизмом или не находитесь в бункере под красным светом, убивающим остальные цвета.

С тех пор как я закончила школу, многое изменилось. Я постоянно сталкиваюсь с напоминаниями об этом. Но для меня было шоком осознать, что фундаментальный принцип, которому нас учили на уроках естествознания, теперь устарел. Был обнаружен третий тип фоторецепторов, скрывающихся в глубине сетчатки. Эти особые клетки имеют сложное название: светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки, или ipRGC.

Подобно тому, как компоненты уха позволяют нам слышать и сохранять равновесие, палочки и колбочки глаза в первую очередь обеспечивают нам зрение, но у ipRGC другие полезные функции. Среди прочего, эти клетки внутренней сетчатки анализируют качество и количество света. Они собирают дополнительные данные от палочек и колбочек, и передают эту информацию по зрительному нерву в крошечное, но мощное супрахиазматическое ядро в гипоталамусе. Главные часы обрабатывают эти сигналы и дирижируют оркестром клеточных часов в организме, обеспечивая подъем и спад ритмов в гармонии друг с другом и с внешней средой. Можно сказать, что наша зрительная система рисует наш трехмерный физический мир, а наша циркадная система добавляет четвертое измерение – время.

Следующая история открытий начинается с нескольких слепых мышей и лягушек, меняющих цвет. В 1920-х годах Клайд Килер, аспирант Гарвардского университета, ловил диких мышей и разводил их в своей комнате в общежитии в качестве хобби. Он был членом сообщества «любителей мышей». Они обменивались мышами разных окрасов и характеристик «так же, как люди обмениваются бейсбольными карточками», рассказал мне Игнасио Провенсио, биолог из Университета Вирджинии. Когда Килер принес в жертву одну из мышей и разрезал ей глаз для научного проекта, то заметил явное отсутствие палочек и колбочек. Оказалось, что многие из его мышей слепые. Мутация, вызывающая серьезную дегенерацию сетчатки, поразила всю колонию. Однако, несмотря на слепоту, зрачки мышей все равно сужались, когда он светил им в глаза. Килер не мог объяснить это явление не чем иным, как тем, что в сетчатке есть еще один неизвестный тип светочувствительных клеток. (Он также отметил, что нескольких сохранившихся палочек или колбочек могло быть достаточно, чтобы воспринимать свет и вызывать эти рефлексы.) Килер, сын часовщика, и не подозревал, что он только что наткнулся на ключевой элемент основного механизма биологических часов.

Тогда это любопытное открытие вызвало больше насмешек, чем похвалы, и в течение следующих шестидесяти лет оставалось практически незамеченным. Но спустя время группа исследователей вернулась к утверждению Килера. Одним из них был Рассел Фостер, нейробиолог из Оксфордского университета. Он и его коллеги повторили и расширили исследование Килера, выяснив, что слепые мыши с дегенерацией сетчатки имели нормальные циркадные реакции на свет. Но и эти результаты были встречены с яростным скептицизмом.

Подобно открытию Галилео о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, идея о существовании третьего фоторецептора означала смену парадигмы в науке.

Хотя Фостер и его коллеги не сталкивались с противодействием со стороны католической церкви, тем не менее, они столкнулись с поколением ученых, не готовых принять серьезное изменение в своей доктрине и последующее изменение в школьных учебниках.

В 1990-х годах Фостер и его команда пошли еще дальше, создав мышей, у которых не было ни палочек, ни колбочек. Эти мыши по-прежнему синхронизировали свои ритмы с циклами света и темноты. Теперь не было никакой вероятности, что за это отвечали остаточные палочки или колбочки. Появлялись новые доказательства того, что зрение не только формирует образы в мозге.

Ученые, в том числе Фостер и Чарльз Чейслер из Бригам-энд-Уоменс, позже обнаружили случаи, когда слепые люди без палочек и колбочек могли подсознательно ощущать свет и отслеживать время. Одна 87-летняя женщина утверждала, что не ощущает свет сознательно, но при этом прекрасно регулирует свои ритмы сна и бодрствования. Несмотря на ее уверенность в том, что она не воспринимает яркий свет, Фостер и его коллеги убедили ее пройти тест. Они подвергали ее воздействию чередующегося света и темноты с интервалом в десять секунд. Когда ее попросили определить, в какой из интервалов был включен голубой свет, она ответила правильно на 33 из 40 вопросов.

Что это за путь, который подсознательно воспринимает свет и определяет время? Ученые обнаружили СХЯ в области мозга млекопитающих, которая получает сигналы от глаз. Исследования нашли циркадные генераторы в мозге птиц, ящериц и других не млекопитающих позвоночных, которые воспринимают свет через верхнюю часть головы – своего рода «третий глаз». Пионер в этой области, ученый Майкл Менакер, который большую часть своей карьеры проработал в Университете Вирджинии, обнаружил, что воробьи могут синхронизироваться с циклами света и темноты даже с удаленными глазами. Когда его исследовательская группа выщипала перья с макушки ослепших птиц, животные быстро приспособились к дневному свету и свету луны.

Тем не менее, пока еще никто не идентифицировал светочувствительную клетку или светопоглощающую молекулу, которые могли бы объяснить эти явления. И не из-за отсутствия попыток. Игнасио Провенсио был аспирантом Фостера и провел годы в аспирантуре в поисках новых фоторецепторов в сетчатке мышей. «Я потерпел полное фиаско», – сказал он мне. Позже, уже будучи постдокторантом, Провенсио изучал более скользкое животное – африканскую когтистую лягушку. Ее пигментированная кожа поглощает дневной свет, становясь темнее, светлее или пятнистой, чтобы соответствовать окружающей среде. В конце 1990-х годов Провенсио и его коллега Марк Роллаг обнаружили фотопигмент, стоящий за камуфляжем лягушки.

Ученые поместили пигментированные клетки кожи головастика, называемые меланофорами, в культуру и наблюдали, как пигментные гранулы внутри клеток перемещались в ответ на свет. В темноте гранулы оставались сгруппированными вокруг ядра клетки. Поскольку в результате большая часть цитоплазмы оставалась свободной от темных гранул, клетка выглядела светлой. При свете гранулы рассеивались в цитоплазме клетки, придавая клеткам темный вид. Провенсио понял, как это способствует адаптации. «Головастик, пытающийся спрятаться под камнем или листом в ручье, может высунуть хвост. Солнечный свет, попадающий на хвост, приводит к его потемнению, что позволяет ему маскироваться на фоне темного дна ручья». Но как именно меланофоры обнаруживали свет и преобразовывали эту информацию в движение гранул?

Ученые исследовали меланофоры и в конце концов выделили соответствующий фотопигмент со светочувствительным белком «опсином». Провенсио назвал его меланопсином (не путать с мелатонином, гормоном, выделяемым шишковидной железой). Он и его коллеги обнаружили меланопсин в коже лягушки. Они также нашли его в ее мозге и глазах.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

1

 Часть головного мозга, которая связывает нервную и эндокринную систему, регулирует множество функций организма.– Прим. науч. ред.

2

 Периоды игры в бейсболе.– Прим. пер.

3

 Издательство Альпина Паблишер, 2025. – Прим. ред.

4

 Учебная больница Гарвардской медицинской школы. – Прим. пер.

5

 Игра слов, «Lora Lee’s A-Maze-Zing Sunflowers» Maze – лабиринт, Amazing – отличный, потрясающий. – Прим. пер.

6

 Преобразовывает сигналы о степени освещенности от сетчатки глаза в гормональный ответ. Другое название – эпифиз.– Прим. науч. ред.

7

 Найденный перевод: «Труды и дни», Гесиод. «Меру во всем соблюдай и дела свои вовремя делай». Эллинские поэты VII–III вв. до н. э. Эпос. Элегия. Ямбы. Мелика / Отв. ред. М. Л. Гаспаров.– М.: Ладомир, 1999. Сверено с изданием 1963 г. Перевод В. В. Вересаева.– Прим. пер.

8

 Найденный перевод: «Труды и дни», Гесиод. «Дома полезнее быть, оставаться снаружи опасно». Эллинские поэты VII–III вв. до н. э. Эпос. Элегия. Ямбы. Мелика / Отв. ред. М. Л. Гаспаров.– М.: Ладомир, 1999. Сверено с изданием 1963 г. Перевод В. В. Вересаева.– Прим. пер.

9

 Ритм с периодом менее суток.– Прим. пер.

10

 Проявление последствий жизнедеятельности, научно доказывающее существование жизни.– Прим. пер.

11

 Система, совершающая колебания. – Прим. пер.

12

 Буквы «Z», игра слов, «Lora Lee’s A-Maze-Zing Sunflowers» Maze – лабиринт, Amazing – отличный, потрясающий.– Прим. пер.

13

 Роман Энтони Берджесса, написанный в 1962 году, в 1971 была снята одноименная экранизация режиссера Стэнли Кубрика.– Прим. пер.

14

 Хроническое заболевание, при котором во время сна происходят эпизоды частичного или полного прекращения поступления воздуха в легкие.– Прим. науч. ред.

15

 В оригинале используется слово dove.– Прим. пер.

16

 В оригинале используется слово pigeon, что на русском языке переводится так же, как dove – «голубь». Однако, если под словом dove подразумевается белый голубь, символ мира, то pigeon – обычный сизый голубь, встречающийся на улицах многих городов мира.– Прим. пер.

17

 Стриминговая онлайн-платформа фильмов и сериалов.– Прим. пер.

18

 Американский сериал 2019 года в жанре романтической комедии. Сюжет каждой серии основан на реальных историях.– Прим. пер.

19

 Документальный фильм 2016 года.– Прим. пер.

20

 Издательство Альпина Паблишер, 2018. – Прим. ред.

21

 Национальная баскетбольная ассоциация – Прим. пер.

22

 Американский международный спортивный канал.– Прим. пер.

23

 Американские мягкие конфеты.– Прим. пер.

24

 Американская компания, занимающаяся производством и продажей транспортных средств, в том числе домов на колесах. – Прим. пер.

25

 Модель туристического прицепа (RV) от бренда Winnebago. – Прим. пер.

26

 Американская торговая сеть, специализирующаяся на розничной торговле товарами для дома.– Прим. пер.

27

 Издательство Диалектика, 2021 – Прим. ред.