Таким образом, по современным научным представлениям, у всех растений и животных, помещенных в так называемые постоянные условия, проявляется физиологическая ритмичность циркадного типа. С этим и связана идея о существовании в организмах «биологических часов», от которых зависит регулирование физиологических процессов.
В основе регуляции физиологических функций одноклеточных организмов и растений в циркадном ритме лежат, очевидно, внутриклеточные биохимические процессы. Их ритмичность выработалась в результате приспособления к суточной периодичности дня и ночи на нашей планете. Интересный материал об этом читатель сможет найти в книге А. М. Эмме «Часы живой природы».
Опыты немецкого ученого Г. Клюга показали, что у червей, членистоногих и других беспозвоночных животных суточную ритмику физиологических функций регулирует нервная система.
Английская исследовательница Жаннет Харкер, имевшая дело с тараканами, этими типичными ночными животными, обнаружила, что у них роль главных «биологических часов» выполняет подглоточный нервный узел, выделяющий определенные химические вещества. Когда у насекомого, долго находившегося на свету и потерявшего четкий ритм двигательной активности, удаляли его нервный узел и заменяли другим, взятым от ритмически активной особи, деятельность оперированного животного через несколько дней становилась четко ритмической, причем новый ритм соответствовал ритму таракана-донора.
Наиболее сложны физиологические механизмы регуляции циркадного ритма у высших животных. У них есть сравнительно простые регуляторы, тесно связанные с обменом веществ, и более сложные, которые координируются мозгом. При этом суточная периодичность сна и бодрствования сохраняется у животных даже после удаления коры. Точно так же остается и суточная ритмика колебаний температуры тела, обменных процессов, частоты пульса, кровяного давления и других вегетативных функций. Значит, центры циркадной регуляции находятся в подкорковых образованиях и в стволовой части головного мозга. Но отсюда вовсе не следует, что кора не принимает участия в регуляции физиологических функций. Именно благодаря условнорефлекторной деятельности коры полушарий животное наилучшим образом приспосабливается к постоянно изменяющейся внешней среде.
Известно, что некоторые люди обладают удивительной способностью чувствовать время: они безошибочно определяют час дня, хорошо различают временные промежутки, длительность пауз и т. д.
Поскольку в межпланетном полете космонавты будут находиться в постоянных условиях без привычных геофизических воздействий (смена дня и ночи, сезонные изменения), возникает вопрос, в какой степени человек сможет оценивать циркадную ритмику физиологических процессов, то есть пользоваться «биологическими часами».
Для имитации космического полета, как уже говорилось, используются сурдокамеры, позволяющие устранять некоторые геофизические факторы.
В. И. Мясников провел следующий опыт. Человек, находившийся в сурдокамере, знал о том, что эксперимент продлится семь суток, но у него не было часов и отсутствовал четкий распорядок дня. По инструкции он мог ложиться спать, есть, заниматься гимнастикой когда хотел. Через несколько дней он утратил чувство времени, в чем убеждали его отчеты по радио. Субъективно время для него протекало медленней, чем на самом деле. В частности, он подготовился выйти из сурдокамеры на 14 часов раньше намеченного срока.
В другом эксперименте группу людей поместили в специально оборудованный бункер глубоко под землей, куда не проникали никакие звуки. «Подопытные» были полностью предоставлены самим себе. От них зависело, когда они будут принимать пищу, ложиться спать, пробуждаться. Наблюдали за ними с помощью специальной аппаратуры, регистрировавшей физиологические функции. За 18 суток участники опыта «отстали» от астрономического времени на 32,5 часа, то есть их сутки состояли не из 24, а почти из 26 часов.
Интересны данные французских спелеологов, которым сурдокамеру заменили глубокие пещеры. В 1962 году Мишель Сифф провел в одной из них два месяца. Из его отчета явствовало, что в условиях одиночества и отсутствия связи с внешним миром для испытуемого вскоре «распалась связь времен». Через тысячу часов (более 40 суток) ему казалось, что прошло лишь 25 суток. А когда опыт закончился и друзья пришли за Сиффом, он заявил: «Если бы я знал, что конец так близок, я бы давно съел оставшиеся помидоры и фрукты».
Три года спустя опыт повторили еще двое ученых — Антуан Сонни и женщина-спелеолог Жози Лозез. Когда на 122-й день пребывания в пещере Антуану Сонни сообщили, что наступило 2 апреля 1965 года и скоро он поднимется на поверхность, испытуемый был крайне удивлен, так как, по его подсчетам, было лишь 6 февраля.
В 1967 году восьмерка венгерских ученых провела под землей в одной из пещер Будайских гор ровно месяц. Члены экспедиции не имели ни часов, ни радиоприемника. И когда они получили по телефону приказ подняться на поверхность, оказалось, что их время на четверо суток отстало от действительного. При этом «биологические часы» в первые 10 дней у всех членов экспедиции вели себя, так сказать, синхронно, а потом начались расхождения.
Не менее интересны эксперименты по «спрессовыванию» и «растягиванию» времени в постоянных условиях.
Группу людей снабдили специально отрегулированными часами, которые шли вперед или отставали (но об этом никто не знал!), и из Англии перевезли на Шпицберген, где в летние месяцы день не отличишь от ночи. Живя изолированной колонией в необитаемом районе, члены экспедиции вели сравнительно нормальную жизнь — правда, по своим неправильно идущим (но у всех одинаково неверных!) часам. Оказалось, что если суточный цикл изменялся, выходя за определенные пределы (то есть сутки сокращались не меньше и не больше чем на три часа), люди этого изменения не замечали. Каждый опыт длился 6 реальных недель. Таким образом, при 21-часовой схеме 8 экспериментальных суток составляли 7 реальных, а при 27-часовой схеме те же 8 экспериментальных суток соответствовали 9 реальным.
Эксперименты по «затягиванию» и «спрессовыванию» суток проводились и в сурдокамере. Во время опыта испытатель Г-ко не почувствовал, что его часы отстают ежедневно на 180 минут и, следовательно, продолжительность суток возрастает для него до 27 часов. Когда эксперимент через 15 суток закончился, он долго не мог понять, почему его прекратили почти на двое суток раньше.
Таким образом, хотя физиологические процессы человека при постоянных условиях продолжают сохранять какое-то время циркадную ритмичность, однако ориентироваться без «времядатчиков» человек уже не в состоянии.
Но раз это так, то, казалось бы, в длительных межпланетных полетах целесообразно сохранить для членов экипажа привычную ритмику земных суток. Тем не менее, по всей вероятности, это будет невозможно.
Как уже говорилось, главной функцией оператора в системе «человек — машина» при ее нормальной работе является наблюдение за показаниями приборов.
Спрашивается, как долго космонавт, несущий вахту, может находиться в нормальном рабочем состоянии, или, другими словами, когда у него появится утомление, которое может отразиться на качестве его деятельности? Сейчас исчерпывающе ответить на этот вопрос невозможно. Однако, используя данные, накопленные физиологией и психологией труда, ученые ищут путей к определению оптимального срока вахты в космическом полете.
Многочисленные данные свидетельствуют о том, что через 5–6 часов наблюдения, даже при бесперебойной работе автоматических устройств, бдительность человека постепенно снижается, а значит, уменьшается его надежность как звена в системе «человек — машина». Кроме того, оператор устает быстрее, если у него возникают какие-нибудь отрицательные эмоции.
Если учесть, что на космонавта будут постоянно влиять неблагоприятные факторы (в том числе и большая продолжительность полета), то, видимо, утомление на космической вахте наступит раньше чем через 5–6 часов. Очевидно, оптимальный срок работы в этих условиях не должен превышать четырех часов (с обязательным предварительным сном). Такой вывод подтверждается отчасти практикой длительных автономных плаваний подводных лодок.
Как читатель, вероятно, помнит, состав экипажей первых межпланетных кораблей будет ограничен. Поэтому организовать четырехчасовую вахту в течение земных суток будет трудно (если вообще возможно). А нельзя ли как-то искусственно изменить продолжительность суток, повлияв на ритм жизнедеятельности людей?
Вот результаты наблюдений за работниками метрополитена, которые длительное время (от 6 до 22 лет) выходили на работу только в ночную смену. Несмотря на многолетний стаж работы исключительно в ночную смену, почти ни у кого суточный ритм физиологических функций не перестроился.
