Есть ли у человека фотопериоди­ческие реакции? Колонка в КомпьютерреOnline #32

Мені вже доводилося писати, що мене засмучує недооцінка нашої біологічної природи. Біологічний фундамент, на якому виростає і наша культура, і наше «я», суцільно й поруч сприймають як щось неактивне, непохитно-надійне, що не впливає на «надбудову». Люди старанно відгороджуються від наших найближчих родичів термінологічними бар'єрами, ґратами зоопарків та просто стіною іронії...

Я хочу обговорити тут одну з особливостей нашої біології, яку неможливо зрозуміти без урахування нашої еволюційної історії. Факти, на які я спираюся, загальновідомі. Висновки, які я роблю на їх підставі, я в літературі не зустрічав, але жодним чином не претендую на пріоритет у їх трактуванні. Можливо, це приклад поширеного, але недостатньо прописаного знання.

Я хочу з'ясувати, чи є в людини фотоперіодичні реакції; для цього потрібно обговорити, що таке фотоперіодизм. Розмежуємо поняття. Фотоперіодизм - це регуляція річного циклу залежно від фотоперіоду, довжини світлового дня. Він відрізняється від фотореакцій - реакцій на рівень освітленості.

Треба сказати, що це поняття часто трактують невірно. Ось, зазирнув у «Вікіпедію». Читаю: «Реакція на довжину світлового дня регулює початок шлюбного періоду, линяння, зимової сплячки тощо. Ще вона проявляється в тому, що вночі майже всі тварини сплять». Логічно? Звісно, ні. Протягом доби довжина світлового дня не змінюється, змінюється освітленість. Останнє речення в процитованому фрагменті я прибрав. Скільки часу мине до того, як хтось розумний його відновить?

Фотореакції в людини відомі. Наприклад, у працівників Крайньої Півночі під час полярної ночі часто розвивається темнова депресія. Лікують її або гормонами, або просто перебуванням у яскраво освітлених приміщеннях. Оскільки для успіху лікування важливий не час перебування на світлі, а рівень освітленості, ясно, що ми маємо справу не з фотоперіодизмом. Отже, нічний сон (і взагалі будь-яка добова динаміка) - не прояв фотоперіодизму.

А чому організми взагалі реагують на фотоперіод? На їхнє життя впливають насамперед температура, вологість, наявність їжі та інших ресурсів. Зрозуміло, що в помірному кліматі динаміка цих факторів залежить від сезону; це - вторинно-періодичні фактори. Первинно-періодичних зовсім небагато. Це зміна часу дня, пори року, фаз місяця та чергування припливів-відпливів. Первинно-періодичні фактори задаються рухом трьох небесних тіл: Землі, Сонця та Місяця. Небесний годинник не квапиться і не відстає, ось тому-то організми й орієнтуються саме на нього.

Розглянемо для прикладу життя ласки - дрібного та витонченого хижого звірка. Улітку хутро на її спині буре, узимку - біле. Білу ласку складніше помітити на снігу. Коли восени ласка має почати линяти? Після того, як випаде сніг? Тоді їй ще довго належить бігати снігом з бурою спиною. При настанні осіннього, ще легкого похолодання, щоб устигнути якраз до снігу? Але рік на рік не випадає; судячи про мінливий фактор (час випадання снігу) за іншим мінливим фактором (температурою) неминуче робитимеш великі помилки. Оптимальне рішення таке. Кожна популяція ласок підлаштовує початок линяння під таку довжину світлового дня, щоб закінчити його якраз до усередненого терміну встановлення снігового покриву у своєму місцеперебуванні. Помилка (коли біла ласка бігає голою землею або бура - снігом) неминуча, і при такому варіанті, але сумарно, за багато років, вона виявиться мінімальною.

Аналізуючи фотоперіодичні реакції, доводиться розрізняти причини якихось змін та сигнали, що їх запускають. Наприклад, причина відльоту багатьох наших птахів узимку - безгодів'я (вторинно-періодичний фактор), а сигнал - зменшення довжини світлового дня. Не всюди довжина світлового дня - зручний для регуляції річного циклу фактор. На екваторі день і ніч завжди рівні. На полюсах півроку триває полярний день, півроку - полярна ніч. Ясно, що фотоперіодичні реакції типові для організмів помірних широт.

Звісно, є й інші обмеження. Те, коли саме бабак вирушить у зимівлю, залежить насамперед від фотоперіодичної регуляції. Теплий або холодний осінній день можуть вплинути на його вихід із нори, але перебудова його організму на зимовий лад уже запущена укороченням дня. А ось вихід зі сплячки бабак до довжини світлового дня прив'язати не зможе - темно в норі. Доводиться орієнтуватися за прогріванням ґрунту. На щастя, земля і прогрівається, і остигає повільно, і динаміка температур на глибині нори виявляється закономірнішою та плавнішою, ніж на поверхні.

Різні популяції одних і тих самих видів можуть орієнтуватися за різними факторами. Під Харковом зелені жаби виходять зі сплячки, коли прогріється земля, а нерест їх визначається чи то температурою, чи то довжиною світлового дня. У Криму, на посушливому мисі Тарханкут, нерест запускають весняні дощі.

Підбиваючи підсумок, можна сказати, що терміни подій, що відбуваються навколо нас, залежать від двох найважливіших факторів - довжини світлового дня та температурного режиму. Іноді до них додається третій - вологість. Наприклад, багато рослин зацвітають або скидають листя, орієнтуючись на довжину світлового дня, а проростання їхнього насіння запускається вологістю та температурою (та ще й після дії холодного періоду, наприклад). Поки клімат стабільний, перевагу мають ті види, які регулюють свій цикл за довжиною світлового дня. А коли клімат змінюється? Фотоперіодична регуляція виявляється невигідною через десинхронізацію процесів, що регулюються різними факторами.

Мухоловка строката - звичайний європейський вид комахоїдних птахів. Зимують вони недалеко від екватора, приблизно на десятому градусі північної широти. Хоч зміна довжини дня там і невелика, саме вона запускає реакцію повернення із зимівлі на місця розмноження. Ця реакція підігнана так, щоб, коли птахи долетять до місць розмноження, побудують гнізда, відкладуть яйця та виведуть пташенят, якраз настав пік чисельності листоїдних комах.

Наслідком нинішніх кліматичних перебудов стало раніше настання весни. У Західній Європі за півстоліття весна зсунулася на ранніший термін на цілих два тижні! Чисельність гусениць залежить від температурної динаміки, і пік їхньої чисельності теж зсунувся вперед, на той час, до якого пташенята мухоловки строкатої та безлічі інших птахів просто не встигають вивестися. Результат - скорочення чисельності видів, що зробили ставку на астрономічний годинник. Ситуація не безнадійна. Добір поступово зсуває популяційну норму на користь особин, що рано вилітають. Якщо зміни клімату не будуть надто швидкими, а види, що скорочують чисельність, не страждатимуть від інших нещасть, ситуація з часом виправиться. Чи встигнуть сучасні види перебудуватися, чи вимруть, покаже майбутнє.

Настав час звернутися до винесеного в заголовок питання. Фотореакції в людини є, а чи є фотоперіодичні?

Наш річний цикл розмитий і регулюється в основному вторинно-періодичними факторами. До речі, за походженням вид наш - африканський, і формувався недалеко від екватора, де фотоперіодичні реакції поширені менше. Утім, більшість людей (крім корінних африканців) мають домішку генів корінного європейського виду - неандертальців. Для неандертальців фотоперіодичні реакції могли бути кориснішими.

Так чи інакше, фотоперіодичні реакції в нас є. І виражаються вони у зростанні рівня статевих гормонів у відповідь на збільшення довжини світлового дня. Вам знайома розхожа думка, що навесні частіше закохуються? Ось-ось. Закоханість - складний процес, але рівень статевих гормонів створює необхідну для нього мотивацію.

Останнім часом на пострадянському просторі пропагують «день Святого Валентина». У пересаджуванні цього заморського свята на місцевий ґрунт зацікавлені торговці негарними червоними та рожевими предметами у формі попок сердечок. Рік за роком у лютому журналісти напихають обивателів розповідями про події, «у пам'ять» про які треба бігти за покупками. Ці байки ніяк не пов'язані ні з причинами цієї «традиції», ні з терміном її відзначання. З причинами зрозуміло, а ось термін - випадковий він чи ні? Вельми закономірний. Довжина дня починає збільшуватися після 22 грудня, але спочатку прибавка дуже невелика. Помітною вона стає до середини лютого. Ось до стрибка концентрації статевих гормонів у крові й прив'язує зусилля сувенірний бізнес...

У безлічі видів, що живуть поряд з нами, спостерігаються схожі реакції. Та сама ласка спарюється в березні, а через півтора місяця вже приносить дитинчат. Квітень-травень - хороший, кормний час...

А коли народяться людські діти, зачаті в лютому? У листопаді, під голоднечу та холоди (не в нас, нинішніх, але в наших зовсім недавніх предків). А критичні періоди ембріонального розвитку припадуть у них на весняний авітаміноз. Щось не стикується...

Але наша відмінність від ласки та переважної більшості інших звірів не лише в цьому. Розмноження людини - позасезонне, і вагітність може настати в будь-яку пору року. Під час становлення нашого виду змінився навіть сам характер жіночого репродуктивного циклу. Напевно, найбільша відмінність фізіології людини від фізіології інших мавп полягає в менструальному, а не естральному циклі (я про це вже згадував). Овуляція при менструальному циклі прихована. Сексуальне життя (і пов'язані з ним сімейні відносини) у людини розтягнуті на весь рік, а не прив'язані до короткого періоду еструсу (тічки).

То в чому ж сенс фотоперіодично регульованого весняного піку гормонів? Найімовірніше, сенсу в ньому вже не залишилося (хоча колись він був). Це фізіологічний рудимент - ознака, що збереглася від колишніх етапів нашої еволюції. Від яких?

Африканських? Не факт, і не лише через наше навколоекваторіальне походження. Добір при становленні людей був спрямований на формування менструального циклу в умовах позасезонного розмноження, адже при сезонному розмноженні переходити на менструальний цикл безглуздо. Імовірно, фотоперіодизм людини - спадщина ще давніших часів. Напевно, ми отримали його від наших далеких азійських предків, невеликих мавп із недовгим терміном вагітності. Звідки вони могли знати, що їхні нащадки заселять Африку, збільшаться в розмірах, перейдуть, після багатьох еволюційних експериментів, до нових сімейних відносин та нового репродуктивного циклу, збільшать термін вагітності, розселяться з Африки по всьому світу...

Добір проти сформованих на попередньому еволюційному етапі фотоперіодичних реакцій іде не лише в співочих птахів. Він ішов і в наших предків, і він уже майже загладив старий спосіб регуляції розмноження, відточений нашими далекими предками.

Чи можемо ми зрозуміти самих себе, не замислюючись про свою передісторію? Не смішіть...