Куда летит время

Школа единства внутренних часов придерживается иного подхода: ее представители переворачивают аргументацию оппонентов с ног на голову, указывая на то, что цикличность освещения стала движущей силой естественного отбора лишь в силу независимой эволюции эндогенных часов, которые на тот момент уже должны были достичь высокой ступени развития. Найти аргументацию в пользу такой точки зрения сложно из-за значительной дифференциации биологических часов у разных категорий живых существ. Различия в устройстве внутреннего часового механизма у людей и растений, у растений и грибов, грибов и цианобактерий и т. д. слишком велики, чтобы запросто примириться с ними. Тем не менее Карл Джонсон признает, что различия имеют право на существование. По его мнению, механизмы транскрипции генов и трансляции белков, лежащие в основе молекулярного диалога, составляющего сущность биологических часов многоклеточных организмов, в чем-то напоминают белковые часы цианобактерий, идущие в обратном направлении, от опосредованной коммуникации к прямой. «Я долгое время продвигал идею о том, что механизм транскрипции-трансляции не может быть стержневой моделью внутренних часов, – говорил ученый. – Возможно, пример цианобактерий подводит нас к новому пониманию эндогенного часового механизма».

Если долго всматриваться в мутные воды занесенного тиной пруда, в котором тикают миллиарды белковых часов цианобактерий, со дна начинают подниматься пузырьки вопросов: например, сколько эволюционных скачков потребовалось биологическим часам, чтобы достичь своего нынешнего состояния, – один или несколько? Что вообще побудило их к эволюции?

Пока никаких вариантов ответов наука дать не может: естественный отбор хорошо заметает следы. Также можно с большой долей уверенности сказать, что к появлению эндогенных часов в значительной мере причастен солнечный свет. Цикл внутренних часов и продолжительность светового дня удивительно крепко спаяны между собой, причем это наблюдается на систематической основе повсеместно во всех царствах живых организмов, так что едва ли речь идет о простом совпадении.

Представьте себя на месте микроорганизма и постарайтесь найти применение вашему внутреннему часовому механизму с двадцатичетырехчасовым циклом. Эндогенные часы, безусловно, подстрахуют вас в тех случаях, когда солнечный свет вам недоступен, но в то же время они служат сигнальным устройством наподобие будильника, точно оповещая вас о том, когда завтра произойдет рассвет, чтобы вы успели к нему подготовиться. Фотосинтезирующие микроорганизмы благодаря внутренним часам успевают привести в рабочее состояние свои аккумуляторы. Возможно, другие узлы фотосинтезирующего аппарата получают при этом дополнительный активирующий импульс. В результате микроорганизм приобретает преимущество в воспроизводстве и передает свои внутренние часы следующим поколениям микробных клеток. В экваториальных широтах, где продолжительность дня и ночи примерно одинакова, а закаты и рассветы происходят примерно в одно и то же время, биологические часы, возможно, и не дают ощутимых привилегий. Но по мере продвижения на север или на юг в направлении полюсов соотношение светлых и темных периодов в сутках изменяется изо дня в день в течение года, и в таких случаях внутренние часы помогают предугадывать эти колебания. Возможно, наличие биологических часов способствовало расширению ареалов древних форм жизни подобно тому, как введение понятия долготы в XVII веке и изобретение механических часов помогло Великобритании опередить соперников в исследовании морей и колонизации далеких земель.

Вместе с тем солнечный свет в качестве движущей силы отбора отрезает оба пути: по возможности его лучше избегать и утилизировать. Ультрафиолетовое излучение может вызвать тяжелые повреждения ДНК; геном наиболее уязвим во время деления клетки, когда ДНК распаковывается перед дупликацией. Около четырех миллиардов лет назад воздействие ультрафиолетового излучения было особенно пагубным, поскольку поверхность Земли еще не была защищена слоем озона (O3), который предохраняет все живое от самых вредоносных лучей в наше время. Цианобактерии, которым приписывается главная заслуга в насыщении атмосферы кислородом и создании озонового слоя, на что ушло не менее миллиарда лет, тогда оказались в самом невыигрышном положении. Не имея жгутиков, они были лишены способности к активным передвижениям и не могли укрыться от палящего солнца в сумерках толщи воды. Как же они размножались, не выставляя под жесткие ультрафиолетовые лучи самые деликатные органы?

Возможно, цианобактерий выручали биологические часы: сверяясь с ними, микроорганизм выбирал для деления клетки самое безопасное время суток. На основании данного предположения биологи выдвинули гипотезу избегания света, объясняющую, как цианобактериям удавалось размножаться в неблагоприятных условиях. Хотя со стороны может показаться, что клетки цианобактерии в присутствии света делятся безостановочно, так как для клеточных делений требуется солнечная энергия, но у них могут действовать временные ограничения размножения. В ходе полевых исследований трех микробиоценозов, два из которых составляли водоросли, а третий был представлен цианобактериями одного вида, было установлено, что фотосинтетическая активность во всех трех микробиоценозах продолжалась весь день, однако между тремя часами дня и шестью часами вечера прекращался синтез ДНК. Затем фотосинтез возобновлялся и не прерывался до самого заката. Таким образом, клеточные структуры, наиболее восприимчивые к ультрафиолету, в середине дня почивают в тени.

Не исключено, что у современных растительных и животных клеток сохранилась реликтовая память о пройденных путях эволюции в лице специализированных белков, которые называются криптохромами. Криптохромы восприимчивы к излучениям синего и ультрафиолетового спектра и входят в состав внутреннего часового механизма растений и животных, помогая организму синхронизироваться с естественным суточным циклом. Прослеживается выраженное сходство строения белковых молекул со структурой фермента ДНК-фотолиазы, который использует энергию синих лучей для репарации участков ДНК, поврежденных ультрафиолетовым излучением. Некоторые биологи полагают, что функции ДНК-фотолиазы могли изменяться в ходе эволюции. Возможно, бывшие инструменты ремонта клеточных структур, пострадавших от ультрафиолета, скооперировались между собой и образовали эндогенные часы, в которых они уже в качестве криптохромов выдвинулись на руководящие позиции и сейчас помогают организму уклоняться от повреждающего действия солнца. Так рядовой санитар превратился в эксперта по мирному урегулированию конфликтов.

Если приверженцы теории избегания света правы, тогда внутренние часы оказались первым в мире профилактическим средством, реализовавшим на практике идею безопасного секса. Организмы, способные прогнозировать наступление пиков солнечной активности и воздерживаться от воспроизводства в самые опасные часы, получали вознаграждение, продолжая себя в новых поколениях, тогда как особи, которые не умели рассчитывать время либо не располагали подходящим инструментарием, лишались возможности передать свои гены потомкам. Вопрос жизни и смерти всегда стоял убийственно прямо, по-мальтузиански. Глядя на пруд возле моего офиса, я не вижу перед собой разверзнутой пропасти беззакония, кишащей смертоубийствами и беспорядочным сексом, хотя в общем-то полагаю, что именно так он и выглядит в действительности. Тем не менее, какой бы отвратительной ни казалась тина, создаваемая цианобактериями, мы все равно перед ними в долгу – за прожитое время суток.





* * *


14 февраля 1972 года Мишель Сифр приступает ко второму эксперименту по депривации времени, который оказался главным в его научной биографии и самым продолжительным в истории человечества. В этот раз его единоличная подземная лаборатория, финансируемая НАСА, развернулась в пещере Миднайт-Кейв возле Дель-Рио в штате Техас. На деревянной платформе установлена большая нейлоновая палатка, внутри которой находятся кровать, стол, стул, разнообразные приборы для проведения научно-исследовательских работ, морозильные установки с продуктами и семьсот восемьдесят один баллон с водой емкостью один галлон[8] каждый. Календарей и часов нет, как и в прошлый раз. Сифр улыбается в объективы новостных телекамер, целует новую невесту, обнимает мать и спускается в вертикальную шахту глубиной около тридцати метров, ведущую к месту уединения. Если все пойдет как задумано, он проведет более шести месяцев в абсолютной изоляции и не покинет пещеру раньше сентября. «Кромешная темнота и всеобъемлющее безмолвие», – описывал Сифр свои первые впечатления от подземелья.

Находясь в пещере, Сифр отсчитывает дни по циклам бодрствования: от пробуждения к пробуждению. Утренние часы полны забот: пробудившись ото сна, ученый созванивается с другими членами исследовательской группы, которые остались на поверхности земли, и они включают электрическое освещение, установленное в пещере. Далее Сифр измеряет кровяное давление, проезжает три мили[9] на стационарном велотренажере и выбивает пять серий мишеней из пневматического ружья. Затем он прикрепляет электроды к грудной клетке и голове, регистрируя частоту сердечных сокращений и биотоков мозга, характеризующих природу сна, затем с помощью ректального датчика измеряет температуру тела. Во время бритья он сохраняет несколько волосков усов для исследований на предмет изменений гормонального фона. А еще он подметает пол. Скалы, окружающие его, рассыпаются в прах, оседающий повсюду, пыль смешивается с высохшим пометом колонии летучих мышей, ранее населявших пещеру. Когда поднимаются клубы пыли, он старается задерживать дыхание.

Сифра интересует, что происходит с организмом человека, изолированного от времени на длительный срок. В работах Юргена Ашоффа и других исследователей указано, что некоторые люди, проведя в условиях изоляции месяц и более, переходят к суточному ритму длительностью сорок восемь часов, затрачивая на сон и бодрствование почти вдвое больше времени по сравнению с людьми, живущими в обычном ритме. Дает ли такой распорядок дня какие-то преимущества членам экипажей космических кораблей или атомных субмарин? Вскоре бесконечная череда измерений, наложения и снятия электродов, введения датчиков и отбора волосков усов для анализов начинает тяготить Сифра. Еще не миновал первый месяц эксперимента, а его проигрыватель, главный источник свежих впечатлений, уже вышел из строя. «Теперь у меня есть только книги», – отмечает Сифр в дневниковых записях. На стенах пещеры расползается плесень, ею покрываются даже циферблаты исследовательского оборудования.

ПОСКОЛЬКУ КОЛЕБАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА ПОДЧИНЕНЫ ЦИРКАДНЫМ РИТМАМ, МАКСИМАЛЬНАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ ПРОБУЖДЕНИЯ ОТ ДОЛГОГО СНА НАБЛЮДАЕТСЯ В ПРЕДРАССВЕТНЫЕ ЧАСЫ



Впоследствии результаты тестов и измерений покажут, что в течение первых пяти недель в подземелье циркадные ритмы чередования сна и бодрствования Сифра укладывались в двадцать шесть часов. Колебания температуры его тела следовали двадцатишестичасовому циклу, и сам он спал и бодрствовал по тому же графику, хотя и не отдавал себе в этом отчета, но при этом каждый день пробуждался на два часа позже, чем в прошлый раз, а потом спал треть от того времени, которое проводил в состоянии бодрствования. Как и в пещере Скарассон, он выбился из суточного графика и жил в соответствии с идеалом Руссо, исключительно по внутреннему распорядку, не завися ни от солнечного света, ни от общественных норм.

На тридцать седьмой день пребывания под землей (по подсчетам Сифра, это был тридцатый день) случилось непредвиденное: циклы колебаний температуры тела окончательно размежевались с циклом сна и бодрствования, который к тому времени уже был оторван от продолжительности светового дня, о чем сам Сифр даже не догадывался. Теперь он остается на ногах намного дольше, чем обычно, а потом отсыпается в течение пятнадцати часов, затрачивая на сон вдвое больше своей привычной нормы. Потом его график расшатывается еще сильнее: периодически он возвращается к двадцатишестичасовому циклу, иногда цикл продлевается до 40–50 часов. Тем временем колебания температуры тела по-прежнему придерживаются двадцатишестичасового цикла. При этом сам Сифр даже не подозревает о том, какие перемены происходят с его телом.

С тех пор ученые выяснили, что наш привычный распорядок сна лишь отчасти подчинен циркадным ритмам. На протяжении дня в организме накапливается нейроактивное вещество аденозин, вызывающее сонливость, процесс накопления аденозина известен под термином «гомеостатическое давление». Чувство сонливости можно превозмочь, если вздремнуть на короткое время: при этом часть аденозина утилизируется, отодвигая приступы дремы на более позднее время; также можно заглушить его, употребляя кофеин и стараясь оставаться на ногах как можно дальше. Но стоит вам заснуть, и ваше тело окажется в полной власти циркадных ритмов. В ранних фазах сна организм погружается в глубокую дрему, но в течение ночи вы постепенно войдете в фазу сновидений. Переход к фазе сновидений, или, выражаясь по-научному, к фазе быстрого сна, наиболее вероятен при снижении температуры тела до минимальных отметок. Для большинства людей фаза быстрого сна наступает за два часа до пробуждения. Поскольку колебания температуры тела подчинены циркадным ритмам, максимальная вероятность пробуждения от долгого сна наблюдается в предрассветные часы, причем обычно это происходит в одно и то же время, например в 4:27.

Иными словами, аденозин навевает сон, если вы ему это позволяете, а глубина сна определяется длительностью предшествующего периода бодрствования, в течение которого вы сопротивлялись гомеостатическому давлению, но, так или иначе, предрассветное повышение температуры, предопределенное циркадным ритмом, все равно вас разбудит. Первым фактором удается в некоторой степени манипулировать, но второй нам неподвластен. Продолжительность сна зависит от того, как долго вы проспали с того времени, когда температура вашего тела достигла точки надира. Чем меньше времени прошло с момента засыпания, тем меньше вы пробудете в объятиях Морфея, даже если перед этим бодрствовали больше обычного.

Но все это станет известно много позже, когда ученые проведут несколько экспериментов по временной изоляции в условиях чисто прибранных лабораторий, привлекая добровольцев, которые даже близко не испытывали той сенсорной депривации, которая выпала на долю Сифра. «Моя жизнь вошла в фазу надира», – заметил однажды ученый. На семьдесят седьмой день эксперимента движения рук Сифра стали насколько неловки, что он не сумел нанизать бусины на нить, а ход мыслей утратил связность, ему начала изменять память. «Я ничего не помню о прошедшем дне; даже сегодняшнее утро не отложилось в моей памяти. Если бы я сразу не записывал все происходящее, я бы обо всем забыл», – признавался ученый. Однажды Сифра охватила паника, когда он, счистив плесень со страниц журнала, прочел статью, где говорилось о том, что возбудители бешенства могут распространяться по воздуху с частицами мочи и слюны летучих мышей. На семьдесят девятый день эксперимента Сифр схватился за телефон. «J’en marre!» – прокричал он в трубку. («С меня довольно!»)

Тем не менее коллеги решили, что Сифр еще не испил свою чашу до дна, ведь не прошло даже половины отпущенного срока. И вот он снова подвергает себя всевозможным измерениям, ведет наблюдение за физиологическими отправлениями своего организма, вводит внутрь себя датчики, присоединяет и отсоединяет электроды, бреется, подметает пол, крутит педали и стреляет до тех пор, пока у него совсем не остается сил. Он освобождается ото всех проводов и кабелей, опутывающих тело, и думает: «Я растрачиваю свою жизнь попусту, участвуя в этом бессмысленном эксперименте». Затем он задумывается о ценности данных, которых не получили его коллеги, пока он находился вне доступа, и снова подключает аппаратуру к своему телу. Одно время Сифр задумывался о самоубийстве, которое он планировал замаскировать под несчастный случай, но потом вспомнил о неоплаченных счетах за проведенный опыт, которые пришлось бы оплачивать его родителям.

На сто шестидесятый день эксперимента Сифр услышал, как где-то поблизости шуршит мышь. В течение первого месяца в Миднайт-Кейв мышиная возня по ночам порядком раздражала ученого. Тогда Сифр переловил всех грызунов и извел под корень всю колонию, но сейчас он был рад оказаться в обществе хотя бы одной мыши. Ученый нарек свою гостью Мас и сутками напролет наблюдал за ее повадками, замышляя, как бы изловить мышь. В конце концов на сто семидесятый день Сифр соорудил мышеловку из формы для запекания и намазал ее джемом, чтобы заманить мышь в ловушку, а затем долго смотрел, как его потенциальная подружка боязливо приближается к приманке. Еще один крошечный шажок, и Сифр опрокидывает кассероль над мышью, его сердце колотится от радостного возбуждения. «Впервые с тех пор, как я углубился в пещеру, я почувствовал прилив радости», – отметил ученый в своих записях. Но что-то пошло не так; подняв кассероль, Сифр обнаружил, что случайно раздавил мышь, и теперь он бессильно наблюдал, как она умирает. «Писк становился все слабее, и вот она затихла. Меня захлестнуло отчаяние».

Спустя девять дней, десятого августа, зазвонил телефон: эксперимент подошел к концу. Сифр проведет в пещере еще месяц, выполняя дополнительные тесты, но теперь он, по крайней мере, может наслаждаться обществом других людей. Пятого сентября, после двухсот с лишним дней в подземелье, Сифр выходит на поверхность земли, ошеломленный громом оваций и запахом свежей травы. За время заточения он собрал несколько ящиков магнитных лент с аудиозаписью, ожидающей анализа; протяженность пленки измеряется километрами. За это время у Сифра сильно ухудшилось зрение, появилось хроническое косоглазие, а еще за ним числится долг в размере полумиллиона долларов, который он будет выплачивать на протяжении последующих десяти лет.





* * *


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.


Вы прочитали книгу в ознакомительном фрагменте. 
Купить недорого с доставкой можно здесь.