Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени - Алан Бёрдик

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

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

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

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

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

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