Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени

Так начался этот бесконечный день, описывать который невыносимо скучно. Ничего особенного не произошло, и в то же время ни один день в моей жизни не был настолько значим для меня. Я как будто прожил тысячу лет в непрерывной агонии. За мизерными победами следовали сокрушительные поражения. На исходе дня – если предположить, что этот день вообще когда-то заканчивался, – все, что я мог сказать о нем, это то, что я все еще жив. В силу обстоятельств у меня не было права надеяться на большее.

АДМИРАЛ РИЧАРД БЭРД. ОДИНОЧЕСТВО





Один мой друг, личность весьма незаурядная, долго раздумывал над тем, почему каждый день недели запечатлен в его сознании в характерном облике. Вскоре он заметил, что на образ воскресенья оказывает влияние городской шум и шарканье ног прохожих по асфальту; на образ понедельника – сохнущая во дворе одежда, отсвечивающая на потолке белыми пятнами, на восприятие вторника повлияла еще какая-то причина, которой я уже не помню. Думаю, что мой друг не продвинулся дальше среды.

УИЛЬЯМ ДЖЕЙМС. ПРИНЦИПЫ ПСИХОЛОГИИ





Просыпаясь среди ночи, я испытываю соблазн тут же взглянуть на часы, хотя и так знаю, который час. Я всегда пробуждаюсь в одно и то же время: в 4 часа утра или в 4:10; как-то раз в непостижимой веренице ночей мне случилось подниматься ровно в 4:27. Не глядя на часы, я в состоянии определить время по шуму радиаторной батареи у моей кровати, когда в зимнюю пору она разводит пары, или нестройному гулу проносящихся за окном машин. «Вокруг спящего человека протянута нить часов, чередой располагаются года и миры, – пишет Пруст. – Пробуждаясь, он инстинктивно сверяется с ними, мгновенно в них вычитывает, в каком месте земного шара он находится, сколько времени прошло до его пробуждения»[6].

Сознаем мы это или нет, но каждый час мы занимаемся тем же, что и лирический герой Пруста. В психологии это называется ориентацией во времени; способность распознавать время суток, дату и год без часов и календаря служит отличительным признаком сформированности чувства времени. Попытки разобраться в механизме становления ориентации во времени породили бессчетное количество научных трудов. Опрашивая прохожих на улице в ходе одного из экспериментов, ученые задавали респондентам простой вопрос: «Какой сегодня день?» – либо обращались к ним с просьбой подтвердить или опровергнуть то или иное заявление («Сегодня вторник»). В результате статистической обработки ответов, зафиксированных в протоколе опроса, выяснилось, что участники опроса быстрее определяли текущий день недели в выходные дни или накануне уик-энда. Раздумывая над ответом, некоторые из респондентов прибегали к ретроспективному анализу: «Вчера был день Х, значит сегодня день Y», тогда как другие более склонны вести отсчет от завтрашнего дня. Выбор точки отсчета зависел от того, какие выходные оказывались ближе – будущие или прошедшие. В понедельник и во вторник большинство из нас склонно вести отчет от вчерашнего дня, но с приближением пятницы точка отсчета смещается в сторону грядущего.

Возможно, мы идентифицируем свое положение во времени посредством тех или иных временных ориентиров. Подобно острову, маячащему на горизонте сзади или впереди по курсу, выходные служат нам ориентиром в попытке определить свое местонахождение в море времен. (В данном контексте очень показательно, насколько часто мы прибегаем к пространственным понятиям, рассуждая о времени: к примеру, до начала следующего года еще «далеко», девятнадцатый век – это «глубокое прошлое», а мой день рождения «приближается», как будто речь идет о поезде, подходящем к станции.) Возможно, в мыслях мы составляем список вероятных наименований сегодняшнего дня недели, а затем вычеркиваем неподходящие варианты до тех пор, пока не остается верный ответ. («Вероятно, сегодня вторник; во всяком случае, сегодня точно не среда, потому что утром в среду я хожу в спортзал, а сейчас у меня нет с собой спортивной сумки».) Так или иначе, ни одна модель не дает исчерпывающего объяснения, каким образом в середине недели происходит сдвиг временных ориентиров, почему по мере приближения выходных наша привычка мысленно апеллировать к прошлому постепенно сходит на нет. К какой бы методике отсчета мы ни прибегли, фактически мы погружаемся в бесконечные расчеты временных координат по секундам, минутам, дням и годам. Пробуждаясь ото сна, выходя из кино, отрывая глаза от увлекательной книги, мы задаем себе один и тот же вопрос: «Где я? На каком отрезке времени я нахожусь?» Потеряв счет времени, мы не можем сразу попасть в его ритм.

Мое умение точно определять время в момент пробуждения ночью вытекает из простейших навыков индукции: когда я в последний раз проснулся среди ночи, на часах, как и в прежних случаях, было 4:27, следовательно, сейчас тоже должно быть около половины пятого. Вопрос стоит иначе: в чем истоки такого постоянства? «На протяжении всей жизни меня поражала способность просыпаться в одно и то же время с точностью до минуты из ночи в ночь, из утра в утро, хотя эта привычка, скорее всего, была счастливой случайностью», – писал Уильям Джеймс. Лично я в минуты пробуждения остро осознаю себя орудием какой-то сторонней силы, как будто во мне спрятан некий аппарат, а сам я – лишь дух, заключенный в машине.

Так или иначе, как только дух начинает мыслить, пищи для размышлений у него более чем достаточно – особенно отчетливо на этом фоне проступают мысли о том, как мало у меня времени, чтобы управиться с делами, которые не дают мне покоя, и насколько я отстаю от графика. «Ваша книга видится мне в образе проекции на мой календарь, – писал мне редактор издания. – Мне важно знать, в каком положении находятся дела». Я начал работу над проектом за несколько недель до того, как у Сьюзен родились близнецы, наши первые и единственные дети. Оглядываясь назад, могу сказать, что расписание было составлено не лучшим образом. Друзья и родственники в охотку подшучивали, что если все мои старания вписаться в график пойдут прахом, переживать не стоит: мои дети доведут дело до конца.

На самом деле миг пробуждения среди ночи, как бы остро он ни ощущался, умиротворяет в той же степени, что и внушает тревогу. Мне кажется, что переживать такие мгновения – все равно что обнаружить себя в яйце. Такая мысль осенила меня однажды вечером как раз перед отходом ко сну, я тут же записал ее в блокноте, который всегда дежурит у моей кровати. Когда впоследствии ровно в 4:27 (как я полагаю) мне пришлось лично испытать на себе это состояние, я был одновременно удивлен и восхищен точности найденной формулировки, как будто, засыпая, я проваливаюсь внутрь того самого яйца, а когда просыпаюсь, чувствую себя желтком, парящим на мягких воздушных подушках над массивом настоящего. Я знаю, что так не может продолжаться вечно. Утром часы и минуты снова вступят в свои права и иллюзия бесконечно растягиваемого времени испарится, как роса, или укроется за семью замками в недосягаемом тридевятом царстве, а я выберусь из скорлупы, раздумывая, как бы вернуться обратно. Тем и ужасно бремя современности, лелеющей мечту о бесконечном времени внутри тесной картонки с яйцами. Но все эти озарения случатся завтра, а пока у моей кровати все еще раздается тиканье часов, удивительно похожее на щелчки кухонного таймера для варки яиц или приглушенный стук сердца.

В один прекрасный день человек вошел в пещеру и провел много дней и ночей в полном одиночестве, не видя солнечного света. Рассветы и закаты проходили стороной, поэтому смена дня и ночи оставалась незамеченной; у затворника не было при себе часов – ни стационарных, ни наручных, так что вести счет часам и секундам не представлялось возможным. Чем же занимался отшельник? Писал, читал Платона и обдумывал свое будущее. Оставшись наедине со временем, он продержался довольно долго, но все же дело пошло не совсем так, как он рассчитывал.

МИГ ПРОБУЖДЕНИЯ СРЕДИ НОЧИ УМИРОТВОРЯЕТ В ТОЙ ЖЕ СТЕПЕНИ, ЧТО И ВНУШАЕТ ТРЕВОГУ. ПЕРЕЖИВАТЬ ТАКИЕ МГНОВЕНИЯ – ВСЕ РАВНО ЧТО ОБНАРУЖИТЬ СЕБЯ В ЯЙЦЕ





Таковы были итоги первого хронобиологического эксперимента Мишеля Сифра, поставленного в 1962 году. Во время исследования пещеры на юге Франции французский геолог Мишель Сифр в возрасте двадцати трех лет открыл подземный ледник Скарассон. Мир был охвачен холодной войной и космической гонкой; активно муссировались темы противорадиационных укрытий и космических капсул. Сифра, как и многих ученых, интересовала проблема адаптации человека к условиям депривации солнечного света и общественной изоляции. Изначально он намеревался провести в недрах две недели, занимаясь исследовательской работой, но вскоре решил задержаться там на два месяца, изучая то, что он позже назовет «идеей жизни». А тогда Сифр просто поведал журналу Cabinet, что собирается некоторое время пожить в пещере «жизнью животного», «в полной темноте, вне хода времени».

Ученый поставил в пещере палатку и походную кровать со спальником и приступил к делу: спал, пробуждался и принимал пищу по желанию, между делом вел дневник, в котором описывал свои занятия. Лампа, которая позволяла ему читать, исследовать ледник и передвигаться в темноте, получала электропитание от маломощного генератора. Сифр постоянно мерз, его обувь никогда не просыхала, а единственным средством связи с земной поверхностью служил телефон, с которого он регулярно звонил коллегам наверху, отчитываясь о своих успехах и частоте пульса. Помощникам Сифра были даны строгие указания не давать ученому никаких сведений о текущей дате и времени суток.

Сифр вошел в пещеру 16 июля, планируя оставаться в подземелье до 14 сентября. Когда на его пещерном календаре было 20 августа, коллеги объявили, что срок эксперимента подошел к концу; время вышло. По субъективным ощущениям ученого, со дня начала эксперимента прошло только тридцать пять дней – тридцать пять циклов сна, бодрствования и бессмысленных телодвижений, хотя часы твердили, что миновало шестьдесят дней. Так быстро пролетело время.

Волею случая Сифр сделал несколько важных открытий в биологии человека. К тому времени науке уже были известны циркадные ритмы растений и животных, в основе которых лежит природная способность следовать суточному циклу продолжительностью примерно двадцать четыре часа. (Название термина происходит от латинского выражения circa diem, что значит «около суток».) В 1729 году французский астроном Жан-Жак д’Орту де Меран заметил, что растение гелиотроп, листья которого разворачиваются на рассвете и сворачиваются в сумерки, ведет себя аналогичным образом даже в затемненном помещении, как будто способность различать день и ночь укоренена в его природе. Манящие крабы в целях маскировки, независимо от наличия или отсутствия дневного света, меняют окраску по фиксированному суточному графику – от серого к черному и наоборот. Плодовые мушки выходят из куколочных камер строго на рассвете, когда относительная влажность воздуха достигает пиковых значений. Это адаптивное свойство препятствует пересыханию крыльев молодых насекомых. При этом внутренний циркадный цикл не всегда точно совпадает с суточным циклом чередований света и темноты; у некоторых организмов циркадный цикл чуть длиннее суток, у других, напротив, время бежит быстрее. Гелиотроп, находившийся в темной комнате слишком долго, в конечном итоге выпадает из естественного суточного ритма, что роднит его с моими наручными часами, которые не улавливают сигналов точного времени по радио и со спутников, и поэтому их требуется ежедневно настраивать заново.

В 1950-х годах стало известно о существовании внутренних циркадных часов и у человека. В 1963 году Юрген Ашофф, возглавлявший отдел по изучению биоритмов и циклов поведения в научном учреждении, которое тогда называлось Институтом физиологии поведения имени Макса Планка, оборудовал опытную площадку на базе светонепроницаемого бункера. Участники экспериментов проводили в нем по нескольку недель, пока ученый наблюдал динамику физиологических процессов в условиях депривации. Иметь при себе механические часы не допускалось. Эксперимент Сифра в пещере Скарассон послужил одним из первых доказательств того, что циркадный ритм человека не равен в точности двадцати четырем часам. Продолжительность периода бодрствования у Сифра варьировала изо дня в день, начиная с шестичасового минимума и заканчивая сорокачасовым максимумом при среднем значении двадцать четыре часа и тридцать минут. Вскоре из-за расхождения суточных ритмов циклы сна и бодрствования у Сифра перестали совпадать со сменой дня и ночи на поверхности Земли. Ощутив себя в роли животного, предоставленного самому себе и своим собственным представлениям о жизни, он поразился до глубины души. Спустившись в земные недра с намерением изучить влияние крайней изоляции на состояние человеческой психики, Сифр непреднамеренно стал отцом новой науки – хронобиологии человека, чувствуя себя при этом «полусумасшедшей куклой-марионеткой, разболтанной во всех суставах».

Из всех существительных американского английского слово «время» употребляется наиболее часто. Но попробуйте спросить кого-то из ученых, специализирующихся на времени, что представляет собой предмет их изучения, и в ответ неизменно последует встречный вопрос: «Что вы имеете в виду, когда говорите о времени?»

Перед тем как беседовать с учеными, вы уже кое-что разузнали. Возможно, вы, как и я, поначалу попытаетесь уточнить, что речь идет о «восприятии времени» и разнице между объективным временем и вашим субъективным ощущением времени. Дихотомия понятий времени предполагает иерархическое ранжирование по критерию истинности. Первоочередное значение имеет время, которое показывают приборы – наручные или настенные часы, так как именно оно, как правило, воспринимается как истинное или фактическое. Далее следует субъективное восприятие времени – оно может более или менее точно равняться на объективное время либо вовсе не полагаться на показания механических часов. Я пришел к выводу, что дихотомия между объективным и субъективным временем если не бессмысленна, то по меньшей мере бесполезна: оставаясь в ее рамках, трудно понять, где зарождается время и куда оно движется с общечеловеческой точки зрения.

Впрочем, я забегаю вперед. Сама возможность восприятия времени активно обсуждается в научной литературе с незапамятных времен; это один из древнейших камней преткновения. Психологи и нейробиологи большей частью сходятся на том, что непосредственное восприятие времени невозможно. Все пять чувств – вкус, осязание, обоняние, зрение и слух – поддерживаются конкретными органами, реагирующими на конкретные физические явления. Слух подразумевает движения барабанной перепонки внутреннего уха, вызванные колебаниями молекул воздуха; зрение – результат раздражения фотонами специализированных нервных клеток глазного дна. В человеческом организме нет ни единого органа, который отвечал бы за чувство времени. Подобно собакам, крысам и большей части лабораторных животных, среднестатистический человек в состоянии ощутить разницу между звуками разной длительности: к примеру, три секунды и пять секунд. В то же время ученые до сих пор ломают копья, пытаясь выяснить, каким образом животному мозгу удается так точно отслеживать ход времени.

Подбирая ключ к разгадке тайны физиологических проявлений времени, следует четко уяснить, что, когда мы говорим о времени, мы обращаемся к разным граням человеческого опыта, которые никак не соприкасаются друг с другом:

Период осуществления – определяемое количество времени, прошедшее между двумя конкретными событиями, или точно установленные сроки наступления того или иного события в будущем.

Последовательность во времени – различимый порядок осуществления событий.

Грамматическое время – различение категорий прошедшего, настоящего и будущего наряду с пониманием того, что завтра и вчера лежат по разные стороны временного отрезка.

Чувство настоящего момента – субъективное переживание течения времени в текущий момент, принимающее произвольные формы.

Достаточно заметить, что споры о сущности времени порою вводят в замешательство, так как при этом мы используем одно и то же слово для описания множественных пластов психологического опыта. С точки зрения знатока наук, за словом «время» стоит такое же общее родовое понятие, как и за словом «вино». Различные грани опыта переживания времени, такие как период осуществления, последовательность, синхронность, грамматические временные категории и т. д., восходят к фундаментальным слоям нашей психики, поэтому мы воспринимаем их как природную данность, не удосуживаясь отличать одно от другого. Но такое положение дел существует только для зрелого сознания. С точки зрения возрастной психологии понимание времени приходит к нам постепенно. Одно из озарений случается в первые месяцы жизни, когда мы учимся различать «сейчас» и «не-сейчас», хотя первые ростки осознания проклевываются намного раньше, в период внутриутробного развития. Дети четко уясняют разницу между прошедшим и будущим только с четырех лет. С возрастом приходит более глубокое понимание временного промежутка и односторонней направленности движения времени. Наше понимание времени едва ли свойственно нам изначально, как предполагал Кант. Время не просто пробирается в нас – на окончательное завершение процесса уходят годы.





* * *


Мы постоянно думаем о времени: оцениваем его протяженность, рассматриваем вчера и завтра, отделяем прошлое от будущего. Мы живем во времени, предвкушая те или иные события, углубляясь в воспоминания и отмечая его течение. В общем и целом речь идет о сознательном переживании времени, которое, по всей видимости, присуще только нашему виду. Но в основе всех процессов жизнедеятельности, не требующих осмысления, лежит все тот же циркадный ритм – время дней, которым пронизано существование всех форм жизни, когда-либо встречавшихся на нашей планете на протяжении последних четырех миллиардов лет. Для чисто биологического феномена он вызывающе механистичен и предсказуем, а за два последних десятилетия наука далеко продвинулась в деле постижения его генетических и биохимических основ. Среди множества внутренних часов нашего организма циркадные часы, пожалуй, изучены наиболее полно. Если уподобить научное исследование человеческого времени путешествию, то в начале пути, приступив к изучению циркадных ритмов, вы будете твердо ощущать почву под ногами и дорога к знанию будет ярко освещена полуденным солнцем, но потом ровная дорога заведет вас в болото, а вокруг сгустятся сумерки.

ПЕРЕВЕСТИ ЭНДОГЕННЫЕ ЦИРКАДНЫЕ ЧАСЫ С АВТОМАТИКИ В РЕЖИМ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ НЕ ТАК ПРОСТО, КАК КАЖЕТСЯ, ИНАЧЕ ИХ ВООБЩЕ НЕ ПРИНИМАЛИ БЫ В РАСЧЕТ






Циркадный ритм обычно ассоциируется с единичным циклом сна и бодрствования, но эта аналогия не дает адекватного представления о феномене: хотя циркадные часы оказывают некоторое влияние на режим сна, последний остается подвластен контролю сознания. Человек волен выбирать, быть ему ранней пташкой или совой, которая дремлет весь день и бодрствует ночью, а то и вовсе на несколько суток забыть о сне. Однако перевести эндогенные циркадные часы с автоматики в режим ручного управления не так просто, как кажется, иначе их вообще не принимали бы в расчет.

Наблюдение за суточными колебаниями температуры тела дает более адекватное представление о циркадных ритмах организма. По крайней мере, человеческого – так точно. Мы часто слышим утверждение, что средняя температура тела здорового человека равна 98,6 °F, или 37 °C (в действительности 98,4 °F, или 36,9 °C), но это не более чем усредненные данные. Диапазон колебаний температуры тела в течение суток составляет около двух градусов: пиковые значения регистрируются в районе полудня, после чего температура тела начинает снижаться, достигая минимума в предрассветные часы, незадолго до пробуждения. Существуют индивидуальные различия в амплитуде колебаний температуры тела и продолжительности температурного пика, к тому же болезненное состояние и физические упражнения тоже могут добавить жару. Тем не менее нам некуда деваться от внутреннего часового механизма, управляющего ежедневными подъемами и спадами температуры тела.

Другие функции организма также строго повинуются циркадным ритмам. Разброс частоты сердечных сокращений в состоянии покоя у одного и того же человека варьирует в пределах двадцати четырех ударов в минуту в зависимости от времени суток. Продолжительность цикла колебаний кровяного давления приближается к суткам. Самые низкие показатели отмечаются между двумя и четырьмя часами утра, днем давление начинает повышаться и примерно в полдень достигает максимума. Выделение мочи в ночное время сокращается не только потому, что мы потребляем меньше жидкости, но и за счет гормонов, стимулирующих процессы реабсорбции воды в почках. К слову, активность эндокринных желез также подчинена циркадным ритмам. Очень удобно планировать дела, сверяясь с циркадными часами. В середине дня отмечается лучшая координация движений и минимальное время реакции; сердце и мышцы работают с максимальной отдачей с пяти до шести часов вечера, а способность переносить боль достигает пика ранним утром – это идеальное время для визитов к стоматологу. Расщепление алкоголя замедляется от десяти часов вечера до восьми часов утра. В вечернее время одна и та же порция спиртного задерживается в организме намного дольше, чем в утренние часы, так что вечером вы опьянеете сильнее, чем утром. От полуночи до четырех часов утра наблюдается активное деление клеток кожи, а волосяной покров на мужском лице в течение дня отрастает быстрее, чем ночью. Мужчина, который бреется вечером, едва ли обнаружит на своем лице щетину, проснувшись в пять часов утра.

Циркадные ритмы оказывают сильнейшее влияние на здоровье человека. Большая часть инсультов и сердечных приступов случается в поздние утренние часы, когда происходит быстрый подъем кровяного давления. Эффективность лекарственных препаратов также существенно меняется в зависимости от времени приема в силу естественных колебаний уровня гормонов на протяжении суток, которые все чаще принимают во внимание врачи и администрации больниц. То же самое справедливо и в отношении животных всех видов. В ходе одного неудачного эксперимента потенциально летальная доза адреналина в одном случае убила всего шесть процентов лабораторных крыс, тогда как во втором случае погибло семьдесят восемь процентов животных исключительно за счет времени, выбранного для введения препарата. Некоторые инсектициды обнаруживают максимальную поражающую силу в отношении целевых видов в полдень. Циркадные ритмы также отображаются на настроении и интеллектуальной продуктивности. Во время одного исследования респондентам давали задание вычеркнуть все найденные в текстах журнальных публикаций буквы «е» в течение получаса. Наихудшие результаты были получены в восемь часов утра, наилучшие – в полдевятого вечера.

Концентрация внимания также подчинена циркадным ритмам, причем периоды максимальной и минимальной концентрации внимания совпадают с периодами максимальной и минимальной температуры тела. Период минимальной концентрации внимания, который математик Стивен Строгац называл зоной зомби, у большинства людей приходится на предрассветные часы, из чего следует, что производительность труда в ночную смену на порядок ниже, чем может показаться самим работникам. По данным исследований, самая медленная реакция на телефонные звонки и сигналы уведомления у рабочих ночных смен отмечалась между тремя и пятью часами утра; одновременно возрастает вероятность неверного снятия отсчета. В это время произошли крупнейшие техногенные катастрофы, спровоцированные влиянием человеческого фактора: аварии на АЭС в Чернобыле и Три-Майл-Айленд, Бхопальская катастрофа и выброс нефти с танкера «Эксон Вальдез». Нашему виду свойственно удивительное стремление развлекать внутреннего зомби, но заигрывание с ним может вызвать плачевные последствия, которых в свете последних научных данных обнаруживается все больше и больше.

Тиканье часов отсчитывает время, причем задавать такт может все что угодно, при условии достаточной надежности и постоянства хода: колебания атомов, движение маятника с грузом, вращение планет вокруг своей оси или вокруг Солнца. Тикает даже обыкновенная груда угля. Уголь состоит из атомов, в ядре каждого атома углерода-12 обыкновенно содержится шесть протонов и шесть нейтронов, хотя с вероятностью один на триллион вам может встретиться изотоп углерода-14, у которого на шесть протонов приходится восемь нейтронов. Соотношение количества атомов углерода-14 к количеству атомов углерода-12 в живой материи относительно стабильно, но спустя некоторое время после прекращения процессов жизнедеятельности данный показатель начинает снижаться, так как изотопы углерода-14 в результате ядерного распада постепенно превращаются в атомы азота. В среднем период полураспада радиоуглерода составляет около 5700 лет. Таким образом, зная скорость радиоактивного распада углерода-14 и изначальное отношение числа изотопов углерода-14 к числу атомов углерода-12, содержащихся в груде угля, нетрудно рассчитать возраст угля в тысячах лет. Уголь, как и прочие ископаемые органического происхождения, служит счетчиком геологических эпох.

Способность часов, в роли которых может выступать планета, маятник, атом или горные породы, отсчитывать такты не сходит с повестки дня долгое время и порождает множество философских споров. Солнечные часы ведут учет времени, ориентируясь по положению тени относительно циферблата, на который нанесены числовые символы, обозначающие часы. Действительно ли солнечные часы отсчитывают время или это делаете вы, глядя на часы? Существует ли время независимо от сознания, отсчитывающего ход часов? «Будет ли в отсутствие души существовать время или нет? – рассуждал Аристотель. – Ведь если не может существовать считающее, не может быть и считаемого»[7]. Попробуйте решить задачку, отчасти напоминающую небезызвестный коан о падающем дереве в лесу: может ли куча угля считаться часами, если поблизости нет ни одного ученого, который мог бы замерить отношение количества содержащихся в ней атомов углерода-14 к количеству атомов углерода-12? Блаженный Августин был твердо убежден, что время коренится в попытках его измерить и, как следствие, выступает феноменом человеческого сознания. Отголоски идей Августина звучат в размышлениях покойного физика Ричарда Фейнмана, заметившего, что определение, данное феномену времени в толковых словарях, движется по замкнутому кругу, описывая время как период, который характеризуется продолжительностью во времени. «В действительности важно не определение, а измерение времени», – уточняет Фейнман.

Внутри биологических часов тикают как составляющие клетки – гены и протеины, так и постоянный диалог между ними. В каждой живой клетке содержится ДНК в виде плотно упакованных последовательностей генетического материала. У эукариотов, самой многочисленной группы живых организмов, в которую входят все виды животных и растений, ДНК располагается внутри клеточного ядра, окруженного мембраной. Каждая ДНК-последовательность (у человека их двадцать три) образует двойную спираль из двух цепочек, соединенных между собой по центру наподобие застежки-молнии. Каждая из цепочек состоит из нуклеотидов, которые входят в состав генов различной продолжительности. Структура ДНК необыкновенно динамична: спираль периодически разъединяется, обеспечивая возможность экспозиции генов. С рабочего гена снимается копия, которая впоследствии выходит из ядра в цитоплазму клетки, где происходит синтез белков различных видов в соответствии с кодом исходной матричной ДНК. Представьте себе поглощенного работой архитектора на необитаемом острове, пересылающего заказчику на континент чертежи, по которым выпускают разнообразную робототехнику, и вы поймете, что это такое.

Большая часть генов кодирует структуру белков, выполняющих определенные функции внутри самой клетки. Белки входят в состав молекул, катализируют метаболические реакции и обеспечивают репарацию внутренних дефектов. Два гена, ответственных за работу циркадных часов, кардинально отличаются от структурных генов – они кодируют структуру двух видов белков, которые накапливаются в цитоплазме и в конечном итоге возвращаются обратно в ядро, где соединяются с активаторами исходных генов, препятствуя их экспрессии. Вкратце говоря, клеточные часы состоят из намного большего числа компонентов, чем пара генов, обладающих способностью самопроизвольно прекращать экспрессию при содействии различных медиаторов. Архитектор, о котором мы говорили, не просто посылает чертежи – послания, запечатанные в бутылки, адресованы будущему. Когда в море наберется достаточное количество бутылок, послание достигнет адресата и скомандует: «Пора вздремнуть».

Когда архитектор спит, гены внутренних часов стоят, синтез белка прекращается. Белковые молекулы, синтезированные ранее, растворяются в цитоплазме. Больше они не просочатся в ядро, и гены, которые ранее были блокированы, возобновят экспрессию и продолжат издавать приказы о синтезе белков. Процесс носит циклический характер – именно этого и добивался естественный отбор. При этом примечательно не то, что производится в течение цикла (вся продукция носит умозрительный характер – ничего вещественного), а сроки его реализации: прохождение полного цикла, которое запускается в момент первой активации генетических часов, затем останавливается и запускается снова, занимает в среднем двадцать четыре часа. В результате продуктом цикла становится не молекула, а определенный промежуток времени. В сердечной ткани эндогенные часы генерируют ритм в результате неспешной беседы ДНК клетки и протеин-синтезирующих структур, которая тянется около двадцати четырех часов. Внутренние часы тикают в такт своему ритму, даже если их хозяин, будь то человек, мышь, дрозофила или цветок, сутками удерживается в темноте. В силу того, что цикл генетических часов не в полной мере совпадает с суточным циклом, расхождение циркадных ритмов с астрономическим временем будет усиливаться с каждым днем. И напротив, регулярное пребывание на солнце обнуляет эндогенные часы и производит регулировку по астрономическому времени. В диалоге ДНК клетки и протеин-синтезирующих структур солнечный свет играет роль круглосуточного модератора – не вмешиваясь в разговор ежесекундно, он направляет беседу в нужное русло.

ВНУТРЕННИЕ ЧАСЫ ТИКАЮТ В ТАКТ СВОЕМУ РИТМУ, ДАЖЕ ЕСЛИ ИХ ХОЗЯИН, БУДЬ ТО ЧЕЛОВЕК, МЫШЬ, ДРОЗОФИЛА ИЛИ ЦВЕТОК, СУТКАМИ УДЕРЖИВАЕТСЯ В ТЕМНОТЕ





Современная наука почерпнула большую часть сведений о циркадных часах из трудов по зоологии. В 1950-х годах Сеймур Бензер и Рональд Конопка произвели серию экспериментов с дрозофилами, ставших классикой биологической науки: опытным путем было установлено, что у плодовых мушек наблюдаются четкие околосуточные периоды активности. Более того, у некоторых лабораторных линий дрозофил продолжительность суточного цикла не равнялась строго двадцати четырем часам. Иногда расхождения были незначительными, иногда – довольно существенными. В результате скрещивания линий и последующей подстройки генетических параметров под единый стандарт биологи выявили гены, отвечающие за циркадные ритмы, и разработали базовую модель внутренних часов. Два гена, получившие названия per и tim (от англ. period – «период» и timeless – «безвременный»), кодируют структуры двух белков, соответственно названных PER и TIM. Далее два вида белков объединяются в одну молекулу; когда в цитоплазме набирается критическая масса данных молекул, они начинают поступать в ядро, подавляя экспрессию генов per и tim.

В ходе последующих исследований сходный механизм регуляции циркадных ритмов, в котором задействованы аналогичные структуры, был обнаружен у мышей, хотя следует отметить, что биологические часы мышей отличает большее количество аллельных вариантов ключевых генов и, как следствие, более широкий диапазон белковых продуктов. Те же генетические структуры выявляются и в клетках человека. Таким образом, эндогенные часы у всех животных, начиная с муравьев и пчел и заканчивая северными оленями и носорогами, устроены примерно одинаково. У растений свой внутренний часовой механизм, обеспечивающий своевременную продукцию репеллентов накануне утренних атак насекомых. Растения, у которых биологические часы функционируют без перебоев, меньше страдают от вредителей. Дженет Браам, цитолог Райсовского университета в Хьюстоне, США, с коллегами выяснили, что внутренние часы капусты, голубики и других садовых и огородных культур продолжают тикать даже после уборки урожая. Но под круглосуточным освещением овощной лавки или в постоянной темноте рефрижератора циркадные ритмы растений начинают расстраиваться, что проявляется нарушением циклических процессов выработки основных защитных веществ. Как следствие, растительная продукция утрачивает способность сопротивляться инфекциям, теряет вкус и питательную ценность. Потому-то наши овощи и влачат столь жалкое овощное существование.

Циркадному ритму подчиняется даже невзрачный с виду, но зато хорошо известный в научном сообществе плесневый грибок Neurospora, поражающий хлебобулочные изделия. Некоторые аспекты функционирования биологических часов, общие для растений и животных, тесно срослись с жизненным циклом клетки – это впечатляет до глубины души. У некоторых биологов закрадываются подозрения, что у всех живых существ установлены разные версии одних и тех же часов, заведенных семьсот миллионов лет назад, когда на Земле появились первые многоклеточные формы жизни. Рассуждения ученых служат мне утешением, когда я опять просыпаюсь в 4:27, остро сознавая смертность своего «я». Вероятно, я представитель единственного вида животных, которому свойственно осознавать неотвратимость конца. Траву, ожидающую солнечных лучей, совершенно не тревожит перспектива свести знакомство с газонокосилкой. Мое пробуждение подчинено тем же законам, что и пробуждение пчел, цветов заморского дерева, поставляющего кофе для моей кофеварки, и даже плесени, поразившей забытую на кухонной столешнице буханку хлеба. Все то же наследие природы продолжает тикать внутри нас, оповещая о ходе времени. А вести счет часам вправе тот, кто в состоянии это сделать.





* * *


Когда мы хотим узнать, который час, мы сверяемся с часами, поставленными на прикроватной тумбочке, бросаем взгляд на наручные часы или досаждаем друг другу одним и тем же вопросом: «Не подскажете ли, который час?»

Все это работает ровно до тех пор, пока не обнаруживается серьезное расхождение между показаниями двух часов. Которым из них верить? В таких случаях нам требуются еще одни часы на роль посредника: к примеру, башенные часы на городской площади, табельные часы у бригадира, настенные часы в кабинете директора школы, по которым дают звонок, возвещающий о конце школьного дня. Во избежание опозданий все мы должны достичь компромисса в отношении стандартов исчисления времени. Нам необходимо существовать в едином ритме времени. Собственно, сама жизнь складывается из бесконечных попыток адаптации к чужому времени.

То же справедливо и для клеток. В 1970-х годах стало ясно, что главный генератор циркадных ритмов у млекопитающих локализуется в одной из структур головного мозга, которая называется супрахиазматическим ядром и представляет собой парное скопление порядка двадцати тысяч специализированных нейронов в области гипоталамуса, расположенного у основания головного мозга. Функции нейронов супрахиазматического ядра синхронизированы друг с другом и с циркадными ритмами. Название супрахиазматического ядра отображает особенности локализации: оно располагается прямо над зрительной хиазмой – перекрестом зрительных нервов правого и левого глаза (такое расположение исключительно удобно для сбора информации о внешнем мире) – и отвечает за регулирование суточных колебаний температуры тела, кровяного давления, скорости деления клеток и других проявлений жизнедеятельности. В регуляции функций супрахиазматического ядра принимает участие солнечный свет, но в то же время оно способно функционировать автономно. В темноте пещеры или под немеркнущим светом период активности супрахиазматического ядра в среднем составляет 24,2 часа. У отдельных индивидуумов показатели отклоняются как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения продолжительности цикла, но в целом циклы супрахиазматического ядра более или менее совпадают с суточным циклом смены дня и ночи. В случае удаления супрахиазматического ядра у лабораторного грызуна или обезьяны саймири животное утрачивает циркадные ритмы. Колебания температуры тела, продукции гормонов и физической активности у прооперированных животных не подчиняются суточным закономерностям и не согласуются друг с другом за неимением генератора общего ритма. У хомяков, перенесших удаление супрахиазматического ядра, развиваются бессонница и сахарный диабет, они теряют навыки ориентации в пространстве и их движения становятся разрозненными. После пересадки клеток супрахиазматического ядра циркадные ритмы у подопытных животных восстанавливаются, однако при этом воспроизводится цикл активности донора.

ВНУТРИ НАС ТИКАЮТ ТРИЛЛИОНЫ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ЧАСОВ. ВСЕ ЭТИ ЧАСЫ ПОТЕНЦИАЛЬНО СПОСОБНЫ ФУНКЦИОНИРОВАТЬ В АВТОНОМНОМ РЕЖИМЕ, ПОДЧИНЯЯСЬ СОБСТВЕННОМУ РИТМУ





Вместе с тем скопления нейронов супрахиазматического ядра далеко не единственные эндогенные часы, которыми мы располагаем. За прошедшие десять лет было установлено, что почти у каждой клетки человеческого организма есть свои собственные внутренние часы. Мышечные и жировые клетки, клетки поджелудочной железы, печени, легких, сердца и других внутренних органов живут в собственном циркадном ритме. В ходе изучения историй болезни двадцати пяти пациентов, перенесших пересадку почки, выяснилось, что у семи человек пересаженная почка отказывалась подчиняться циркадным ритмам реципиента, следуя тому же экскреторному циклу, что и в организме донора. У остальных восемнадцати пациентов пересаженные почки приспособились к биоритмам новых владельцев, но адаптация осуществлялась от противного: максимальная активность пересаженной почки приходилась на время минимальной активности «родной» почки и наоборот. Даже гены, которые принимают участие в биосинтезе белка, поддерживают клетку в функциональном состоянии, управляют нашей внутренней энергосистемой и в конечном счете определяют нашу сущность, придерживаются циркадного графика. До минувшего десятилетия считалось, что циркадным колебаниям экспрессивной активности подвержен лишь мизерный процент генома млекопитающих, но в настоящее время циркадная периодичность экспрессии признана фундаментальным свойством всех генов. Наш организм переполнен часами – внутри нас тикают триллионы молекулярных часов.

Все эти часы потенциально способны функционировать в автономном режиме, подчиняясь собственному ритму. Период молекулярного цикла автономной изолированной клетки примерно равен суткам. Более того, в некоторых случаях колебания молекулярных циклов разных клеток точно совпадают по всем фазам. Изучив тысячи генов клеток сердца и печени мышей, ученые обнаружили, что экспрессии генов свойственна циркадная цикличность с некоторыми индивидуальными различиями в продолжительности циклов. Представьте себе оркестр: струнная группа – скрипки, виолы, виолончели и контрабасы – развивает сложную многоуровневую тему, медные и деревянные духовые играют контрапункт, а с задних рядов доносится грохот ударных, среди которых отчетливо выделяются эпизодические партии гонга. В отсутствие дирижера слаженная игра музыкантов превратится в бессмысленный шум. У многих видов позвоночных, включая человека, циркадными циклами дирижирует супрахиазматическое ядро, которое генерирует первичный ритм и передает сигналы настройки молекулярным часам на периферии при помощи гормонов и нейромедиаторов, добиваясь строгого согласования ритмов. Какие бы задачи ни возлагались на биологические часы, они должны обмениваться показаниями с близлежащими аналогами или хотя бы воспринимать сигналы других часов. В наших внутренних часах, вовлеченных в бесконечный разговор с себе подобными, постоянно звучит если не концерт, то история, рассказанная интерактивным способом. Человеческий организм не просто несет в себе множество часов – сумма внутренних органов и систем сама по себе является часами.

Однако и эти часы, охватившие весь организм, несовершенны, во всяком случае сами по себе. Синхронизация биологических часов с 24-часовым циклом чередования дня и ночи предполагает периодическое обнуление счета и последующий ввод данных извне – в идеале это должно происходить каждые сутки.

Главной подсказкой для внутренних часов служит солнечный свет. У человека, как и у большинства млекопитающих, энергия света поступает в мозг через глаза. Назначив дирижером нашего внутреннего оркестра супрахиазматическое ядро, мы используем глаза в качестве метрономов, трансформирующих физические сигналы времени в форматы, воспринимаемые нашей физиологией. Связь зрительного аппарата с супрахиазматическим ядром осуществляется посредством ретино-гипоталамического тракта, который представляет собой нервный проводящий путь, берущий начало на глазном дне. Импульсы, генерируемые при раздражении рецепторов светочувствительных клеток глазного дна дневным светом, поступают к дирижеру по двум отдельным каналам, побуждая разыграть симфонию сначала.

Данный процесс, именуемый захватом ритма, выполняет важнейшую задачу синхронизации ритмов множества внутренних часов, обеспечивающую функционирование организма как единого целого. При этом само супрахиазматическое ядро не поддается произвольной перезагрузке путем изменений режима освещения. За долгие годы исследовательской работы ученым удалось узнать, какие диапазоны видимого излучения наиболее благоприятны, в какие часы и как долго должно длиться воздействие для получения желаемого результата. В лабораториях по изучению сна, оборудованных специальными осветительными приборами, людям помогают переключиться на иные суточные ритмы, которые могут длиться двадцать шесть или двадцать восемь часов, либо пробуждаться в полночь и засыпать в полдень. Однако, будучи предоставленными самим себе, мы подстраиваемся под суточный ритм, задаваемый безостановочным вращением Земли. Часы на моем сотовом телефоне сверяются с мировым временем, посылая радиосигналы кружащему вокруг планеты спутнику, на котором установлены сверхточные часы. Для синхронизации мозга с ритмами Вселенной мне достаточно только широко раскрыть глаза навстречу новому дню.





* * *


Однажды некая клетка забрела в пещеру и провела там множество дней и ночей. Когда-то этой клеткой был я, когда-то ею были вы, а девять месяцев назад это был кто-то из моих сыновей-двойняшек – Лео или Джошуа.