Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени

* * *


Ручной фонарик, возможно, самая бесполезная вещь в Арктике, особенно в июле, но я захватил с собой целых два.

Даже сейчас не знаю, зачем я это сделал. Там, где я сейчас нахожусь, – за Северным полярным кругом, выше 66 градусов северной широты, на расстоянии двухсот километров к северу от города Фэрбенкс в штате Аляска, – солнце не заходит с середины мая по середину августа. Хотя уже два часа утра, небесное светило все еще висит в нижней точке траектории и медленно ползет вдоль горизонта, заливая бледным светом бесконечные километры холмистой заболоченной тундры. Все лето – один долгий полярный день. В ходе эволюции экосистема Крайнего Севера приноровилась использовать по максимуму весь диапазон возможностей, которые предоставляет постоянное освещение. Растения цветут, птицы выводят птенцов, в реках постоянно кто-то плещется, животный мир спаривается, мечет икру и выкармливает детенышей, готовясь снова удалиться в укрытия, как только на излете августа солнце впервые скроется за небосклоном и день пойдет на убыль, а ночи будут удлиняться с каждой неделей, предвосхищая затяжную зимнюю ночь. Я заранее знал, что увижу в тундре, но где-то на задворках сознания ворочалось смутное предчувствие непроглядной темноты, которую должен рассеять луч фонарика. Мало ли где может подстеречь тьма – в пещере, которую мне захочется осмотреть, в норе длиннохвостого суслика, в которую я, скорей всего, сунусь, а то и вовсе под раскладной койкой в темной-темной палатке.

Я приехал в Арктику, намереваясь присоединиться к группе биологов на опытной станции на озере Тоолик в аляскинском округе Норт-Слоуп. Станция, открытая в 1975 году, располагается у самой кромки воды. На территории станции развернут оживленный лагерь: передвижные лаборатории, оборудованные по последнему слову техники, перемешались с модульными ангарами из гофрированной стали, основательно уплотненными с поправкой на погодные условия, но все равно невозможно отделаться от чувства заброшенности – я забрался на самый край земли. За горизонтом с южной стороны зубчатой стеной возвышается хребет Брукс, а за двести километров на север лежит небольшой городок Дедхорс, укрывшийся в бухте Прудо-Бей на берегу Северного Ледовитого океана, где располагается северная ветвь Трансаляскинского трубопровода. Добраться до города – сущая морока: предстоит пять часов трястись по широкому гравийному покрытию Далтонской автомагистрали, где безраздельно властвуют громогласные тягачи с тракторными прицепами, с которых во все стороны разлетаются куски горных пород размером с кулак.

Между городом и хребтом Брукс простираются тысячи квадратных километров тундры и сотни мелких каплевидных озер, похожих на Тоолик. Пейзажи тундры поначалу кажутся тоскливыми и однообразными, однако за невзрачной картиной скрывается удивительное богатство и разнообразие местной экосистемы: пестрый ковер мхов, лишайников и печеночников сменяют заросли осоки и разнотравья, перемежающиеся карликовыми кустарниками. На глубине 30–60 сантиметров под землей залегает вечная мерзлота, но незамерзающий верхний слой почвы активно обжит полевками, зайцами, лисами, сусликами, шмелями, гнездящимися птицами и другими созданиями. Каждое лето на опытную станцию прибывает около сотни ученых и студентов-магистрантов, которые отбирают образцы тундрового грунта и биоматериала озер и ручьев, производят замеры и взвешивания, а затем тщательно документируют все полученные данные. Окружающие ландшафты не особенно страдают от человеческой активности и остаются практически неизменными. В любой другой местности для проведения стандартного экологического исследования потребовалось бы всего несколько лет, особенно когда финансирование проекта ограничено, а заинтересованность в результатах налицо. Работа на станции возле озера Тоолик требует большой преданности науке: на постижение закономерностей функционирования здешних экосистем уходят десятилетия.

В ХОДЕ ЭВОЛЮЦИИ ЭКОСИСТЕМА КРАЙНЕГО СЕВЕРА ПРИНОРОВИЛАСЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПО МАКСИМУМУ ВЕСЬ ДИАПАЗОН ВОЗМОЖНОСТЕЙ, КОТОРЫЕ ПРЕДОСТАВЛЯЕТ ПОСТОЯННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ





Меня занимала проблема научной интерпретации понятия дня. Отправляя прошение с просьбой посетить станцию, я объяснил, что интересуюсь циркадными ритмами и хотел бы прояснить несколько вопросов, присоединившись к работающим на станции биологам. Влияет ли режим освещения на обмен веществ и жизненные циклы микроорганизмов и фитопланктона? Как проявляется это влияние в широком контексте пищевой сети, сказывается ли оно на темпах роста численности популяций, расширении видовых ареалов, доступности кислорода и питательных веществ и других формах обмена энергией между различными звеньями трофических цепочек? Я задавался целью выяснить, как циркадные ритмы проявляют себя в самой суровой из экосистем, существующей в экстремальных условиях полярного лета. Какой облик принимает биологическое время в кристально чистом выражении?

В действительности я был бы вполне удовлетворен поездкой, если бы мне просто удалось прочувствовать специфику хода времени на подступах к Северному полюсу. В 1937 году известный путешественник Ричард Бэрд провел четыре месяца в плену антарктической зимы, регистрируя показания метеорологических приборов с апреля по июль – совершенно один в крошечном зимовье против кромешной тьмы и свирепых морозов. «С самого начала было ясно, что за всеми высшими соображениями, за громадой слов о ценности наблюдений за погодой и полярными сияниями на неизведанных просторах Антарктики и моей личной заинтересованности в результатах исследований стояли мое любопытство и страсть к приключениям, – писал позже Бэрд в своих мемуарах под названием «Одиночество». – У меня не было никаких значимых целей, я о них вообще не задумывался. Мое решение не основывалось ни на чем, кроме желания испытать вкус одиночества, тишины и покоя в полной мере, будучи предоставленным самому себе достаточно долго для того, чтобы узнать истинную цену уединения».

Я попытался спрятать свои часы, следуя примеру экспериментаторов, о которых ранее читал: те углублялись в пещеры или затворялись в темных промерзлых избушках. Провести две недели лета под пристальным взглядом незаходящего солнца, под открытым небом необъятной Аляски – не менее дерзкая затея, предвещающая приключение, способное потешить мое прошлое «я», которое стремительно удалялось от меня. И не надо напоминать мне о двух детях, празднующих свой второй день рождения без отца: мой путь освещало вечное солнце, ожидавшее меня за полярным кругом.

Десять тысяч лет назад завершился последний ледниковый период в истории Земли; Норт-Слоуп стряхнул с себя остатки ледников, под которыми обнаружились лабиринты ручьев и небольших мелководных озер, связанных между собой внутренними протоками. Практически все ледниковые озера находились в непроходимой местности, но в 1973 году биологи все-таки до них добрались. Изучая потенциальное влияние строящегося трубопровода на местную экосистему, небольшая группа сотрудников Лаборатории биологии моря Вудс-Холского института океанографии в Массачусетсе обнаружила озеро Тоолик прямо у гравийной лесовозной дороги, в непосредственной близости от строительного городка. Ученые развернули в окрестностях палаточный лагерь и принялись за работу, периодически наведываясь в городок строителей постирать одежду или разжиться порцией мороженого из холодильной установки. Под конец они перебрались на другой берег озера и пустили там корни, положив начало опытной станции, которая в настоящее время занимает площадь величиной в несколько акров[10] и располагает самой прогрессивной лабораторией по изучению арктических экосистем во всем мире.

Однажды утром я наведался на одну из экспериментальных площадок Джона О’Брайена, специалиста по биологии пресной воды из Университета Северной Каролины в Гринсборо. Площадка оказалась каскадом из трех небольших озер, расположенных на расстоянии нескольких километров к югу от Тоолика. Пройти пешком такое расстояние очень непросто; в тундре повсюду разбросаны рыхлые комки печеночников и упругие кочки пушицы. Путешествовать по здешним местам пешком так же утомительно, как и пробираться сквозь болото, причем вывихнуть ногу по дороге даже проще, чем в болотной трясине. При станции есть небольшой вертолет для выездных исследований, и О’Брайен договорился о том, чтобы нас приняли на борт в компании трех магистрантов, с надувной спасательной лодкой, веслами и рюкзаками, доверху набитыми инструментом для отбора проб. Мы приземлились на небольшом возвышении над одним из озер, которое, по сути, представляет собой пруд шириной всего около 90 метров. Когда вертолет улетел и потревоженные травы наконец-то успокоились, нас окружил комариный рой. Стояла ясная безветренная погода, день выдался на удивление тихий.

О’Брайен – один из участников экспедиции, начавшей освоение Тоолика в 1973 году. С тех пор он возвращается сюда почти каждое лето, неделями не видя родных. Сейчас он изучает взаимодействие микроскопических пресноводных водорослей с единственным представителем пресноводного зоопланктона более крупных размеров, который употребляет водоросли в пищу. Мы привыкли рассматривать экосистемы исключительно с позиций живых организмов – веслоногих, лишайников, ногохвосток, медведок, кукшей и хариусов. Тем не менее все многообразие форм жизни, воплощенное в эфемерных телах, служит всего лишь временным пристанищем для безостановочных потоков питательных компонентов сквозь живую ткань. К берегам Тоолика ученых влекут самые разнообразные интересы – ботаника, лимнология, энтомология, но в основе всех дисциплин лежит одна и та же фундаментальная биохимия: углерод, азот, кислород, фосфор и другие элементы, циркулирующие между водой и сушей: с зеленого листка в воздух, из дождевых потоков в почву, а потом все повторяется сначала. Ученые скрупулезно подсчитывают содержание всех этих веществ, отслеживая динамику роста популяций, частоту дыхания и удельный вес биомассы во времени и пространстве необозримых арктических ландшафтов. Общими усилиями получается надежный прибор для наблюдения за функционированием экосистемы и происходящими в ней переменами.

После первого же дня на берегах Тоолика мне стало ясно, что ни один ученый не занимается конкретно хронобиологией – ни в Арктике, ни где-либо еще. Чем дальше, тем больше, но все исследователи, собравшиеся у озера, изучали отдельные аспекты одной и той же проблемы – потепления мирового климата, которое уже не вызывает сомнений. В силу относительной скудости биоценоза Арктика служит базовой моделью для изучения возможных реакций на глобальное потепление со стороны более сложных экосистем. Кроме того, арктический регион важен и сам по себе: в смерзшихся недрах тундры сосредоточено по крайней мере десять процентов мировых запасов углерода земной коры. Сколько углерода высвободится при повышении среднегодовых температур? Которую часть свободных углеродных запасов смогут усвоить растения, конвертирующие органику в энергию роста, а сколько углерода поднимется в атмосферу, чтобы еще больше подогреть нашу Землю? Озеро Тоолик долгое время оставалось на обочине прогресса, зато сейчас оно находится в самом центре событий.

«Раньше на вершинах заднего хребта лежал снег, который не сходил даже летом. Теплая погода скверно пахнет», – говорит О’Брайен, стоя у самой кромки воды. Опираясь на весло надувной лодки, как на древко копья, ученый обозревает склоны хребта Брукс на юге. В свои шестьдесят шесть лет О’Брайен по-прежнему крепок и любопытен, возраст выдают лишь копна седых волос и серебристая щетинистая борода. От него веет надежностью, как от крепкого якоря. Мне нравится, что он большой любитель рассказывать истории, всякий раз начинающий повествование с присказки «а вот раньше…». Раньше гроза на Норт-Слоуп казалась чем-то невозможным. Раньше было немыслимо появиться на полевых исследованиях в футболке, как сейчас. Раньше, когда не было лэптопов, GPS-навигаторов и беззаветно преданных своему делу механиков, приходилось самостоятельно обустраивать свой быт в лагере на берегах Тоолика.

«Раньше мы были настолько поглощены удовлетворением животных потребностей, что в нас брало верх животное начало», – рассуждает ученый. Свое первое лето на Аляске О’Брайен в сопровождении нескольких коллег провел за геодезической съемкой долины реки Ноатак, в течение трех месяцев скитаясь по образцово-показательному захолустью на необъятных задворках штата. Рабочий день длился четырнадцать часов; выходные не были предусмотрены. Солнце не спешило уходить на покой, и они следовали его примеру. Вскоре все друг другу до смерти надоели и даже перестали разговаривать между собой. Повар готовил по минимуму, но наотрез отказывался мыть посуду, так что всем приходилось есть прямо с клеенки, обходясь без тарелок и столовых приборов. Стараясь отвлечься от царившего вокруг беспредела, О’Брайен читал роман Кена Кизи «Порою блажь великая», повествующий о злоключениях семейства лесорубов. Коллизии сюжета и окружающие ландшафты всецело поглощали его внимание, и в конце концов он вообразил себя одним из персонажей романа, причем одно время даже не сомневался, что так было всегда и будет вовеки, а семейная жизнь, оставшаяся в прошлом, была всего лишь плодом воображения. «У нас тогда по-настоящему срывало крышу», – признавался О’Брайен.

В течение двух недель, проведенных в Тоолике, я обретался в модульном бараке производства фирмы WeatherPort, где полы заменял щитовой настил, а стены были обтянуты брезентом цвета охры. Спать приходилось на матрасе, разложенном поверх пружинной рамы, занавесившись сеткой от комаров. Как и других обитателей станции, меня увещевали принимать душ всего два раза в неделю и не более двух минут в целях экономии пресной воды. Впрочем, кое-какие удобства в бараке все-таки были: высокоскоростной беспроводной интернет, круглосуточная столовая, которая выходила окнами на кристально прозрачные воды озера и где подавали тиляпию под соусом из банана и гуайявы, а также обитая кедром сауна, куда было не пробиться после полуночи.

Не было только темноты. В первые дни я бодро выскакивал из спального мешка, спеша поприветствовать новый день, о наступлении которого твердил солнечный свет, заливающий стены барака, но когда я бросал взгляд на наручные часы, на них неизменно оказывалось примерно полчетвертого утра. Ночью (точнее, в то время суток, которое я считал ночью) я приноровился закрывать глаза наглазниками, как во время трансокеанского перелета. Когда, согласно показаниям часов, наступало настоящее утро, я выходил на воздух и упирался взглядом в одно и то же несуразное напоминание: «Не забудьте выключить свет!»

В ходе эволюции аборигенные виды полярных регионов приспособились к вечной путанице дня и ночи и без труда ориентируются во времени. Отправляясь на побережье добывать корм, антарктические пингвины тяготеют к проторенным маршрутам, демонстрируя завидную пунктуальность: они покидают колонии в начале суток, строго следуя двадцатичетырехчасовому распорядку независимо от температуры воздуха и интенсивности освещения. (Возвращаясь с охоты в конце дня, пингвины позволяют себе слегка отклоняться от графика.) Когда в Северной Финляндии наступает полярный день, при постоянном дневном освещении пчелы не сохраняют активности в течение суток. Примерно в полдень суточная активность пчел достигает пика, а к полуночи они прекращают работу – быть может, они спешат нагреть соты в более прохладное время суток. Возможно, отдых упрочняет память о дне, проведенном в заботах о пропитании. Так или иначе, в своих попытках приспособиться к постоянному освещению животные игнорируют световой график и неукоснительно подчиняются внутренним циркадным ритмам.

Северные олени в Арктике избрали прямо противоположную стратегию. В 2010 году сотрудник Манчестерского университета (Англия) Эндрю Лаудон совместно с коллегами обнаружил, что у северных оленей, в отличие от других животных, не наблюдается циркадных колебаний экспрессии двух ключевых генов, обеспечивающих работу внутренних часов. У большей части высокоорганизованных существ сон, бодрствование и секреция гормонов подчинены двадцатичетырехчасовому распорядку, а у северных оленей биологические часы достаточно фоточувствительны, но даже в постоянном потоке дневного света олени ориентируются на фактическую продолжительность суток и не теряют связи с астрономическим временем. Другие животные не генерируют внутренних циркадных импульсов, а непосредственно подчиняются ритму, который задает освещение: животные пробуждаются, когда небо начинает светлеть, и засыпают с наступлением сумерек. А северные олени функционируют автономно, как Сифр, запертый в своей пещере, или как наручные часы на моем запястье. «Эволюция изобрела способ отключить клеточные часы», – заметил Лаудон. Возможно, где-то внутри нас спрятаны часы, способные идти вспять, но пока мы их еще не обнаружили.

В СВОИХ ПОПЫТКАХ ПРИСПОСОБИТЬСЯ К ПОСТОЯННОМУ ОСВЕЩЕНИЮ ЖИВОТНЫЕ ИГНОРИРУЮТ СВЕТОВОЙ ГРАФИК И НЕУКОСНИТЕЛЬНО ПОДЧИНЯЮТСЯ ВНУТРЕННИМ ЦИРКАДНЫМ РИТМАМ





Сходным образом биологи, работающие на берегах Тоолика, выработали широкий диапазон адаптивных реакций на постоянный дневной свет. Сроки сбора данных ограничены, поэтому исследователи все время проводят на ногах, прочесывая окрестности, – наступление темноты не вынуждает их сбавлять темп. Ученые отбирают и препарируют нужные образцы, производят замеры, синтезируют новые вещества, сопоставляют данные – работа бьет ключом. Четвертого июля я ездил в Дедхорс посмотреть на Северный Ледовитый океан, а когда возвратился в лагерь примерно в полтретьего утра, то застал в столовой нескольких человек, смаковавших лобстера и стейк филе-миньон. Каждый обитатель станции держал наготове рассказ о ком-то из знакомых, страдавшем бессонницей. Один из ученых держал в выездной лаборатории тюфяк, чтобы вздремнуть, как только представится удобный случай. Однажды летом, выиграв несколько свободных часов ценой непрерывного бодрствования, он построил стол для игры в кикер и парусник. Другой ученый просто снимал и откладывал в сторону свои наручные часы и старательно избегал любых напоминаний о ходе времени на протяжении всей командировки. Принимать пищу и укладываться спать он предпочитал не по определенным часам, а только по собственному желанию, и при этом работал почти без перерывов. Перед возвращением домой по окончании полевого сезона он признался мне, что его «слегка штормит». Еще одна женщина поведала мне о том, как потеряла счет времени, отправившись на прогулку после обеда: вернувшись в лагерь, она с удивлением обнаружила, что кухонный персонал уже сервирует стол к завтраку.

Остальные беспрекословно повиновались часам. «Мне необходимо вовремя ложиться спать», – сообщил мне один из магистрантов О’Брайена. Надув лодку, мы с ним отбирали образцы воды на середине озера, пока О’Брайен орудовал сеткой на берегу, отлавливая зоопланктон. «Если я буду дожидаться усталости, – тем временем продолжал студент, – я буду оставаться на ногах всю ночь, возможно, еще перехвачу пару кусочков пирога в столовой». О’Брайен также строго следовал расписанию, и вся станция знала, что он старательно приучал к тому же своих студентов или, по крайней мере, пытался. Каждый день он ожидал их в столовой к завтраку, но студенты ловко обвели его вокруг пальца. Проведя всю ночь за работой, они доводили до ума свои проекты, затем честно являлись к завтраку, находили в столовой О’Брайена, отчитывались перед ним о своих успехах и получали новые задания на день, а потом разбредались по своим комнатам и укладывались спать. Трюк вскрылся только двадцать лет спустя.

Если в том океане нескончаемого солнечного света и были обычные приметы времени, так это завтрак! За редким исключением, все постояльцы лагеря выстраивали свой распорядок вокруг утреннего приема пищи. Официально завтрак начинался в полседьмого утра, и пятнадцать минут спустя зал заполнялся людьми. Массовое стремление посещать столовую было продиктовано как социальными, так и психологическими мотивами: за завтраком обсуждали планы полевых исследований, вносили уточнения в расчеты, делились информацией о новых вакансиях и решали споры, кто быстрее надует лодку «Севилор 66». Находясь на станции, теоретически можно было жить исключительно в своем собственном ритме, не обращая внимания на другие часы, а то и вовсе оторваться ото всех графиков, но в этом нет никакого практического смысла. Любой научный проект, в котором задействовано более одного человека, предусматривает подчинение общему распорядку, иначе совместная работа не клеится: к примеру, в полдень вы встречаетесь в доке, ровно в девять вертолет улетает на площадку на берегу Анактувука, а в пятницу в полдевятого вечера в палаточной столовой танцуют сальсу.





* * *


Глядя на свои наручные часы, я вижу цифры, но с каждым днем, проведенным на Тоолике, цифры значат все меньше и меньше. Даже само по себе выражение «уходящий день» уже потеряло значимость. Я живу одним нескончаемым днем с короткими перерывами на сон, а потом, пробудившись, с удивлением узнаю, что проспал несколько часов, на что мне указывают цифры. Сон перестал играть роль границы между сутками, отсекающей вчерашний день от сегодняшнего, которая теперь представляется весьма условной. Я заметил, что начал проводить больше времени в телефонной будке, названивая домой и на Большую землю по Т 1-линии.

Меня все чаще посещают сны о времени. Мне снится, что дети разбили мои наручные часы и разбросали осколки по полу; что я бреду по песчаным дюнам и внезапно, поскользнувшись, падаю на дно каньона и не могу оттуда выбраться; мои друзья не знают, где я, а сам я не могу до них докричаться. Остается лишь спуститься в каньон еще глубже и наблюдать, как свет дня за моей спиной медленно угасает под монументальными массивами дюн, осознавая, что в любой момент верхний свод может обрушиться без единого звука и похоронить меня под лавиной песка.

Сон практически точно воспроизводит реальные впечатления – в домашней библиотеке мне довелось читать книгу об альпинисте, который упал в расщелину и сломал ногу. Не находя в себе сил карабкаться наверх, он ползет вниз, пробираясь сквозь темноту к самому сердцу гор, а для поддержания сил слизывает влагу с замшелых камней и волей счастливого случая обнаруживает выход, ведущий к залитому солнцем склону. Но до лагеря еще несколько километров пути, и он продолжает ползти по фантастическому лабиринту, минуя мосты природного льда, овраги, густо усеянные валунами, и скалистое побережье подземного озера. По воле автора, незадачливого альпиниста подгоняло тиканье наручных часов: он отрывает лицо от снега и замечает межевой знак на расстоянии порядка сотни-двух метров впереди, бросает взгляд на свои наручные часы и говорит себе: «У тебя есть ровно двадцать минут на то, чтобы выбраться отсюда», – и, собравшись с силами, продолжает ползти по направлению к ориентиру. Голос, который он при этом слышит, ему не принадлежит – его подгоняет бесплотный голос всех времен, не терпящий возражений, звучащий эхом в его голове. Ближе к концу, незадолго до того, как главного героя, лежащего вблизи лагеря в полуобморочном состоянии, обнаружит один из его товарищей, измученный жаждой альпинист, полностью потерявший ориентацию, лежит без сна под ночным небом, густо усыпанным звездами, и ему кажется, что он провел в здешних краях несколько веков.

Безмятежный покой, наводняющий богом забытые места, подобные станции на Тоолике, легко по ошибке принять за безвременье, но время никогда не уходило отсюда. Оно всегда было здесь, в бегущих облаках, в едва уловимом шевелении зоопланктона, в морозах и оттепелях, в эонах, рассеянных по тундре. В наше время изменения в экосистемах происходят быстрее, и это стало поводом для беспокойства. Среднегодовые температуры демонстрируют тенденцию к стабильному повышению и на Тоолике, и по Арктике в целом. Грозы, еще тридцать лет назад считавшиеся редкостью в Норт-Слоуп, теперь стали привычным делом. Ученые подозревают, что таяние морских льдов Северного Ледовитого океана приводит к изменениям режима погоды, в результате которых в арктическом поясе снижается относительная влажность воздуха и создаются благоприятные условия для возникновения молний. В 2007 году, когда на станции были зарегистрированы рекордные показатели температуры и сухости воздуха, от удара молнии в тундре над рекой Анактувук за тридцать километров от озера Тоолик разгорелся пожар, бушевавший десять недель. От огня пострадало около тысячи квадратных километров тундры – территория, равная площади полуострова Кейп-Код. Это был самый разрушительный пожар в тундре за всю историю Аляски, а возможно, что и планеты в целом. В то лето, когда я посетил Тоолик, ученые были всецело поглощены составлением карты ущерба, нанесенного пожаром. Из-за потери изолирующего слоя торфа на поверхности земли почва стала сильнее прогреваться, а в некоторых местах частичное таяние вечной мерзлоты вызвало оползни, смывшие в море значительное количество почвы, насыщенной питательными компонентами.

БЕЗМЯТЕЖНЫЙ ПОКОЙ, НАВОДНЯЮЩИЙ БОГОМ ЗАБЫТЫЕ МЕСТА, ПОДОБНЫЕ СТАНЦИИ НА ТООЛИКЕ, ЛЕГКО ПО ОШИБКЕ ПРИНЯТЬ ЗА БЕЗВРЕМЕНЬЕ, НО ВРЕМЯ НИКОГДА НЕ УХОДИЛО ОТСЮДА






Однажды утром я последовал за гидробиологом Линдой Диган из Вудс-Хол, когда она отправилась к реке Купарук, которая спускается с хребта Брукс, следуя к бухте Прудо-Бей вдоль Норт-Слоуп. С восьмидесятых годов Диган приезжает на Тоолик изучать миграции сибирского хариуса: весной рыба уходит на нерест вниз по реке, а в конце лета возвращается на прежние места. Сибирский хариус – единственный вид рыб в реке Купарук, который служит основной добычей для некоторых хищных птиц и более крупной озерной форели. Отслеживая миграционные пути хариуса во время полевого сезона и в течение нескольких лет, Диган пытается составить представление о масштабе и характере влияния климатических изменений на численность популяции хариуса и природу миграций рыбы. Она собирает данные о том, куда, на какое расстояние и с какой скоростью перемещается рыба, а также как влияют изменения в миграционных предпочтениях хариусов на экосистему в целом.

Как и у других видов мигрирующих животных, у хариуса генетически заложена способность ориентироваться по солнцу. Весной в Арктике каждый новый световой день на 8–10 минут длиннее предыдущего. Циркадная система регуляции животных отвечает на удлинение светового дня, запуская каскад физиологических процессов, которые готовят организм рыбы к нересту и предстоящей миграции вниз по реке. Диган интересуют проблемы регуляции жизненного цикла насекомых, которыми подпитывается хариус во время путешествия: известно, что цикл жизни насекомых привязан к температуре воды, а не к освещению. Возможно, при повышении среднегодовых температур сезон активности насекомых наступает несколько раньше, чем обычно; вероятно, они выводятся до того, как хариус, замкнутый в рамках неумолимого суточного цикла, отправится в путь и в полной мере воспользуется изобилием. При этом оба жизненных цикла, один из которых движим теплом, а второй – солнечным светом, рискуют когда-нибудь разойтись во времени. Сама Диган еще не рассчитала вероятность такого развития событий, так как феномен в реалиях Арктики еще не до конца изучен. «Просто у меня такое ощущение», – говорит исследовательница.

В любой точке земного шара ученые собирают свидетельства нарастания несоответствий между температурой воздуха и временем. С тех пор как весны стали теплее, некоторые перелетные птицы стали прилетать на брачные игрища в Арктику на две недели раньше, чем в былые годы, создавая большие неудобства припозднившимся особям. Многие виды неперелетных птиц перемещаются дальше на север, чтобы достичь Арктики, где им приходится конкурировать за ресурсы с местными видами. Некоторые виды обладают большим запасом адаптивности, чем другие. К примеру, у многих растений, произрастающих у берегов озера Уолден-Понд, сезон цветения наступает раньше, чем в прошлые годы, причем сейчас они цветут более пышно, чем во времена Генри Дэвида Торо. Организмы, у которых сезонное поведение определяется преимущественно циркадной цикличностью, оказываются в более уязвимом положении. Пеструшка-мухоловка зимует в Западной Африке, а весной гнездится в европейских лесах; ее график миграций связан с продолжительностью светового дня и практически неизменен. Вместе с тем птицы выкармливают птенцов гусеницами, которые сейчас появляются раньше, чем двадцать лет назад. В некоторых регионах птицы добираются до своих гнездовий слишком поздно, когда корма для птенцов уже почти не остается. В результате местные популяции пеструшки-мухоловки уже сократились на девяносто процентов. Создается впечатление, как будто вся планета сейчас переживает что-то вроде синдрома смены часовых поясов. Одни виды приспособятся к потеплению климата и, быть может, даже выиграют от этого, сместив привычные сроки миграций на более раннее или более позднее время, или переключатся на новую кормовую базу. Другие виды не смогут адаптироваться к изменившимся условиям и исчезнут с лица земли.





* * *


Испытать чувство безвременья или нечто похожее можно в глубоком подземелье или на Крайнем Севере, в середине полярной ночи или в свете бесконечного дня. Но есть и более простые способы добиться желаемого эффекта – достаточно взять билет на самолет, и чем дальше, тем лучше.

Для начала вспомним физику: во время авиаперелета вы находитесь в воздухе на высоте в несколько километров и передвигаетесь с высокой скоростью, которая имеет тенденцию к снижению по причине воздействия гравитации. Из специальной теории относительности Эйнштейна следует очень необычный вывод: время внутри быстро движущегося объекта течет медленнее, чем время наблюдателя, находящегося в состоянии покоя. Эксперименты подтвердили теоретические выкладки: выяснилось, что атомные часы на борту реактивных самолетов отстают от стационарных часов на земле. Разница в показаниях может составлять от пары-тройки наносекунд до нескольких часов. (В салоне самолета продолжительность временного промежутка, определяемого как секунда, не изменяется: каждая секунда длится ровно столько же, сколько предыдущая, однако наблюдатель, находящийся в неподвижной системе координат, определит ее как более длительную.) Эффект хотя и незначительный, но вполне ощутимый. В марте 2016 года астронавт Майк Келли вернулся на Землю, проведя триста двадцать дней на орбите. Космическая станция, на которой он находился, кружила вокруг нашей планеты со скоростью порядка 29 тысяч километров в час. За это время оставшийся на Земле брат-близнец астронавта по имени Марк, который родился на шесть минут раньше Майка, успел состариться на дополнительные пять миллисекунд.

Кроме того, наша планета разделена на часовые пояса, расположенные в меридиональном направлении с интервалом в пятнадцать градусов. Всего насчитывается двадцать четыре часовых пояса шириной в один час каждый. Начало отсчета времени, принятое за нуль, находится в городе Гринвич (Англия), где расположена Королевская обсерватория. Поскольку Земля представляет собой шар, который постоянно вращается вокруг своей оси, солнце не может равномерно освещать всю поверхность планеты; световой день не может наступить везде одновременно. Благодаря разделению поверхности Земли на часовые пояса фраза «двенадцать часов дня» в любой точке мира воспринимается одинаково: повсеместно известно, что речь идет о середине суток, когда солнце находится в зените, хотя в данный конкретный момент полдень наступил только в одном из часовых поясов.

Часовые пояса входили в обиход постепенно; необходимость в них возникла в XIX веке, когда понадобилось согласовывать между собой расписания движения поездов в связи с планомерным расширением сети железных дорог. К 1929 году большинство стран мира приняло почасовую схему деления на часовые пояса. С другой стороны, в наши дни есть страны, в которых приняты часовые пояса шириной по полчаса или даже по сорок пять минут, как, например, в Непале. А Китай, быстро прираставший новыми территориями, избрал противоположную стратегию и в 1949 году объединил пять часовых поясов, проходивших через его территорию, в один большой часовой пояс.

В наш век общедоступных авиапутешествий мы регулярно пересекаем границы часовых поясов. За время перелета из Парижа в Нью-Йорк, который длится семь часов, шестичасовая разница во времени между городами успевает нивелироваться. Часы показывают местное время, их показания зависят от вашего местонахождения. Если вы находитесь на борту самолета, летящего с большой скоростью, и любуетесь бескрайней гладью океана из иллюминатора, ваши представления о «здесь» и «сейчас» меняются с каждой секундой. Мои наручные часы могут быть все еще настроены на парижское время, отставая от меня на несколько часов, но справочная карта на изголовье стоящего впереди кресла сообщает мне нью-йоркское время, хотя до Нью-Йорка лететь еще несколько часов. Так что сейчас я пребываю в неопределенном промежутке времени, который кажется бесконечностью.

Во время перелета мы ориентируемся по центральному времени, которое показывают приборы в кабине пилотов, а функции супрахиазматического ядра выполняет командир воздушного судна.

Показания всемирного координированного времени, которое показывают атомные часы в разных уголках мира, взвешиваются на эталонных весах, просеиваются сквозь сито алгоритмов, рекомендованных Международным бюро мер и весов в Париже, и непрерывно транслируются со спутников. Сигналы воспринимают системы управления находящихся в рейсе торговых судов, арендуемых авто и самолетов. За пределами кабины пилотов у каждого свои часы. Кто-то из пассажиров дремлет, кто-то перекусывает. Некоторые готовятся к предстоящему совещанию, назначенному на вторую половину дня, а кое-кто все еще приходит в себя после отчаянной попытки успеть на самолет ранним утром. Внимание других полностью захвачено кинофильмом, и они сейчас пребывают во времени вымышленного сюжета – бесконечно далеко отсюда, где всегда наступает счастливый конец. На пути в Западное полушарие, озаренном постоянным освещением, мы полностью отстранены от каких-либо примет времени и следуем собственному распорядку, не сверяясь с центром.

До сих пор не выяснено до конца, каким образом супрахиазматическое ядро мозга распространяет сигналы времени среди органов и систем человеческого организма. Зато известно, что это длительный процесс, занимающий от нескольких часов до нескольких дней. При пересечении нескольких часовых поясов или в течение одного-двух дней после перехода на зимнее или летнее время происходит резкая смена режима освещения, вынуждающая организм быстро адаптироваться к новому графику. Однако периферийные часы не перестраиваются в одночасье и в последовательном порядке. На какое-то время ваш организм прекращает функционировать как синхронизированная конфедерация внутренних часов и превращается в конфедерацию временно автономных часовых штатов. Такова сущность состояния, известного как джетлаг, или синдром смены часовых поясов. Когда супрахиазматическое ядро моего мозга приземлится в Нью-Йорке, моя печень будет еще в Новой Шотландии, а поджелудочная железа – где-нибудь над Исландией. В течение нескольких дней пищеварительная система будет хандрить: когда мозг скомандует принимать пищу, окажется, что пищеварительные органы еще не успели подготовиться к утилизации продуктов. (Скорость адаптации к новому времени составляет примерно один часовой пояс в день.) По этой причине многие путешественники и пилоты авиалиний, часто преодолевающие большие расстояния, жалуются на гастроэнтерит. Так что синдром смены часовых поясов – это не частная проблема мозга, а системный сбой в работе организма, вызванный рассинхронизацией биологических часов.

ОДИН ИЗ ВОЗМОЖНЫХ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С НЕПРИЯТНЫМИ ПРОЯВЛЕНИЯМИ СИНДРОМА СМЕНЫ ЧАСОВЫХ ПОЯСОВ: НЕОБХОДИМО ВОЗДЕРЖИВАТЬСЯ ОТ ПРИЕМА ПИЩИ НА БОРТУ САМОЛЕТА





В научной литературе периферические внутренние часы организма иногда называют вторичными или ведомыми, поскольку они подчинены супрахиазматическому ядру. На самом деле наши периферические часы в состоянии функционировать автономно, а в благоприятных условиях они даже приобретают способность к синхронизации циркадных ритмов не по указке внутреннего хронометра и не по естественному суточному циклу изменения освещенности, а по любым импульсам, получаемым извне. Как выяснилось, пища служит убедительным источником вводных данных для некоторых звеньев внутреннего часового механизма. За прошедшее десятилетие было проведено несколько исследований, которые выявили, что регулярный прием пищи в одно и то же время может вызвать сдвиг фаз циркадного ритма печени в обход светового распорядка, транслируемого мозгом. Также не исключено, что печень начнет генерировать собственные циркадные импульсы. В таких случаях суточная активность печени будет определяться часами приема пищи, а не астрономическим временем. «Если лабораторную мышь кормить в середине цикла сна, она вскоре научится самостоятельно просыпаться перед кормлением, – говорит Крис Колуэлл, ведущий специалист Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по исследованиям циркадных биоритмов. – Я привожу студентам пример: если курьер будет каждый день приносить вам пиццу на дом в четыре часа утра, то могу поручиться, что вы будете просыпаться в полчетвертого».

Отсюда вытекает один из возможных способов борьбы с неприятными проявлениями синдрома смены часовых поясов: необходимо воздерживаться от приема пищи на борту самолета, когда стюардесса будет разносить закуски. Протокол обязывает бортпроводниц предлагать пассажирам подкрепиться спустя каждые два-три часа полета, причем расчет ведется по времени, установленному в начальной точке маршрута. Во время транзитного рейса в отсутствие привычных световых импульсов печень заведет свои внутренние часы и накрепко привяжет ваш организм к часовому поясу, который вы хотите оставить позади, поэтому заводить биологические часы и выстраивать распорядок питания лучше всего уже по прибытии к месту назначения. «Мы даем путешественникам один и тот же совет – как можно скорее выйти на свет, наладить режим питания и окунуться в общественную жизнь», – говорит Колуэлл. Также он горячо одобряет завтраки. «Коль скоро человеческий организм в некоторых отношениях работает так же, как и организм лабораторной мыши, то завтрак нужен нам для поддержания циркадных импульсов, чтобы не быть ослабленным в отсутствие световых импульсов», – объясняет ученый.

Исследования, проведенные группой Колуэлла, наводят на мысль, что систематические занятия физкультурой также позволяют управлять циркадной регуляцией. В ходе экспериментов с мышами у животных, которым был предоставлен доступ к беговому колесу, отмечалась более высокая интенсивность синхронизирующих импульсов супрахиазматического ядра по сравнению с менее активными особями. Положительное влияние физической активности увеличивалось, если мышам позволяли бегать в колесе только в начале периода бодрствования, а максимальную пользу от упражнений получили мыши, у которых был выявлен дефицит одного из специфических белков, обеспечивающих работу биологических часов. Когда такие животные получали доступ к беговому колесу в конце периода активности, способность супрахиазматического ядра к трансляции синхроимпульсов сердцу, печени и другим внутренним органам значительно улучшалась. Чем больше мыши бегали, тем лучше работали их биологические часы. Пока рано делать выводы о том, что регулярные занятия спортом в одно и то же время окажутся в той же степени полезны людям, но такая возможность представляется Колуэллу очень заманчивой, так как с возрастом наш внутренний хронометр изнашивается. «Мне около пятидесяти лет, и у меня уже проблемы с ночным сном, – признается Колуэлл. – А еще я стал быстрее уставать за день». Так что стареет даже время.

Синдром смены часовых поясов со временем проходит, но люди находят и более долгоиграющие способы внести разнообразие в стандартное чередование светлого и темного времени суток с удручающими последствиями для здоровья. Миллионы американцев работают по сменному графику – взять, к примеру, ночные рейсы дальнобойщиков, вечерние смены в центрах экспедиционного обслуживания или совершенно безумный график дежурств в больницах. Многие страдают от того, что в терминах хронобиологии называется социальным джетлагом и имеет куда более серьезные последствия, чем временный дискомфорт или бытовые неудобства. Одна из ключевых задач биологических часов заключается в контроле метаболических процессов: они следят за тем, чтобы мы ели, когда испытываем чувство голода, а наши клетки при этом получали бы достаточное количество необходимых питательных веществ в положенное время. Многие исследователи заключают, что люди, привыкшие работать во внеурочные часы, более склонны к ожирению, сахарному диабету и сердечно-сосудистым заболеваниям. Поступает все большее количество свидетельств, указывающих на существование тесной связи между нарушением обмена веществ и расстройством циркадного ритма, в частности расхождением циклов чередования сна и бодрствования с показаниями биологических часов. Под нарушением обмена веществ подразумевается широкий спектр патологических состояний, включая сахарный диабет, развивающийся на почве рассогласования деятельности пищеварительной системы и процесса производства и аккумулирования энергии.

Общество готово выделять миллионы долларов на бесконечные попытки выяснить, какие продукты нужно употреблять в пищу для поддержания здоровья, хотя, возможно, не менее важно выяснить, когда лучше садиться за стол. Как показало одно из недавних исследований, мыши, которые предпочитают кормиться тогда, когда им следовало бы спать, а именно в неподходящее с точки зрения циркадного цикла время, быстрее набирают вес по сравнению с мышами, которые питаются вовремя. До недавних пор в научно-исследовательских проектах, посвященных проблеме расстройства циркадных ритмов, фигурировали преимущественно грызуны и нечеловекообразные приматы, но сейчас клиницисты уделяют все больше внимания экспериментам с участием людей, и результаты вызывают большую обеспокоенность. В одном исследовании Гарвардского университета принимали участие десять добровольцев, обученных жить по двадцативосьмичасовому суточному циклу. На четвертый день опыта периоды активности участников поменялись местами: они бодрствовали и принимали пищу среди ночи. Спустя еще четыре дня суточный распорядок добровольцев нормализовался. В итоге за десять дней эксперимента у всех испытуемых показатели кровяного давления взлетели до небес, уровень сахара в крови также превышал норму, а у трех участников было диагностировано преддиабетическое состояние. Впоследствии было установлено, что причиной резкого ухудшения здоровья добровольцев послужил не сам по себе недостаток сна, а прием пищи в те часы, когда пищеварительные органы и жировые клетки не были готовы к утилизации продуктов питания. «Для радикальных изменений в системе метаболизма глюкозы хватило всего нескольких дней, – писал один из экспериментаторов. – Быстрое развитие патологических изменений дает понять, что даже временное нарушение суточного ритма может нанести ущерб здоровью миллионов людей, каждый год сталкивающихся с синдромом смены часовых поясов».

У нынешней эпидемии ожирения множество причин, в том числе наш сидячий образ жизни и совсем не образцовая диета. Данные исследований в области хронобиологии обнаруживают еще одну скрытую подоплеку: мы все чаще распространяем свою активность на неположенное время суток. «Нам досталась безупречно отлаженная система хронометрирования внутренних процессов, работающая по устоявшимся правилам, – замечает Колуэлл. – Чистое безумие полагать, что изобретение электрического освещения позволяет нам ее игнорировать».





* * *


Если ученые не ошибаются, рано или поздно состоится высадка человека на Марс. Это воистину грандиозное начинание: Красная планета находится на расстоянии 58 миллионов километров от Земли, так что один только перелет до Марса с применением сегодняшних технологий двигателестроения займет около шести месяцев, которые участники экспедиции проведут в замкнутом пространстве под искусственным освещением, чувствуя себя запаянными в консервной банке. По мере удаления от Земли защитное действие магнитного поля планеты прекратится, так что в целях минимизации вреда от космического излучения на космическом корабле не предусмотрены иллюминаторы, к тому же из них все равно ничего не будет видно, кроме темноты и звезд. Ученые уже задумываются о том, как сделать условия полета более или менее терпимыми для пассажиров: какая пища окажется максимально полезной и вкусной, какими занятиями можно разогнать скуку и как справиться с ситуацией, требующей неотложной медицинской помощи. В общем, мы когда-нибудь доберемся до Марса. Вы выберетесь из консервной банки под палящие лучи летнего марсианского солнца и поспешите в укрытие, на роль которого сгодится любая постройка, хотя бы отдаленно напоминающая жилье, – скорей всего, ею окажется еще один блок-контейнер без окон с искусственным освещением, приглушенным из соображений экономии электроэнергии.

Наш первый день на Марсе станет самым длинным в истории человечества. Красная планета вращается вокруг своей оси не так быстро, как Земля. Продолжительность марсианских суток составляет 24,65 земного часа – на тридцать девять минут больше, чем на нашей планете. На первый взгляд, разница не так уж и велика, но для организма она весьма существенна: в ходе естественного отбора система циркадной регуляции человека приспособилась к суточному циклу, который короче на целых тридцать девять минут. В скором времени новые марсиане ощутят на себе побочные эффекты искусственного продления суточного цикла. «Это будет похоже на путешествие через два часовых пояса каждые три дня, – объясняет Лаура Бергер, физиолог Гарвардской медицинской школы и Женской больницы Бригхэма в Бостоне. Совместно с Чарльзом Кзейслером, руководителем отделения сомнологии в Гарварде и Женской больнице, и другими коллегами Бергер занималась изучением циркадной регуляции у астронавтов, находящихся на орбите, и у сотрудников службы управления полетом, которые должны поддерживать постоянную связь с астронавтами. В ходе одного из исследований ученые набрали группу добровольцев и попытались помочь им адаптироваться к суточному циклу продолжительностью 24,65 часа. «Циркадная система регуляции не поддается искусственной настройке, – заключает Бергер. – Участники эксперимента страдали от расстройства сна и пугали нас мертвенной бледностью».

В 2007 году Кзейслер провел эксперимент, задавшись целью выяснить, можно ли заставить биологические часы перейти к суточному циклу продолжительностью двадцать пять часов, приближенному к условиям на Марсе, используя искусственное освещение определенного диапазона несколько раз в день. Двенадцать добровольцев провели шестьдесят пять дней в тускло освещенных камерах без часов, окон и других временных ориентиров. В течение первых трех дней испытуемые жили по двадцатичетырехчасовому циклу, затем ученые увеличили продолжительность освещения на час, успешно продлив период бодрствования на час для каждого из участников эксперимента. Интенсивность освещения увеличивалась не за один прием; ближе к концу каждого суточного цикла длиной 24,65 часа исследователи включали освещение примерно такой же яркости, что и на рассвете или на закате. Низкоинтенсивное освещение подавалось сеансами по сорок пять минут с интервалом в один час. Спустя тридцать дней эксперимента добровольцы перешли к двадцатипятичасовому суточному циклу и успешно адаптировались к нему.

УПРАВЛЯТЬ ЦИРКАДНЫМИ РИТМАМИ ВОЗМОЖНО, А ЗНАЧИТ, ВОЗМОЖНО ОДЕРЖАТЬ ВРЕМЕННУЮ ПОБЕДУ НАД СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМОЙ И ЕЕ БЕЗРАЗДЕЛЬНОЙ ВЛАСТЬЮ НАД ФИЗИОЛОГИЕЙ ЧЕЛОВЕКА





Таким образом, научные данные наглядно продемонстрировали, что управлять циркадными ритмами все-таки возможно, а значит, есть возможность одержать временную победу над Солнечной системой и ее безраздельной властью над физиологией человека, пусть даже совсем небольшую. Получив в распоряжение дополнительный час, как распорядится им человечество будущего? Вероятно, дополнительное время будет использовано для труда. В своей работе исследователи отмечают, что производственная деятельность в условиях полета предусматривает в том числе и «выращивание сельскохозяйственных культур в ярко освещенном оранжерейном модуле». А потом все мы выпьем по чарке, любуясь видом из несуществующего окна, и будем просматривать старые фотографии с Земли.

30 ноября 1999 года, спустя тридцать семь лет после нисхождения в пещеру Скарассон, Мишель Сифр приступил к своему третьему и, по всей видимости, финальному эксперименту по депривации времени. Теперь ему шестьдесят лет, и он намерен изучить влияние процессов старения на систему циркадной регуляции. Он снова выбрал для проведения опыта естественную пещеру – карстовую систему Грот де Кламуз в южной части провинции Лангедок, Франция. Широкая деревянная платформа снова встроена в просторную каверну, обтянутую нейлоновым навесом.