Симон Шноль: человек, который пытался услышать ритм Вселенной и странная музыка случайности
Ночью организм человека не спит. Спит только сознание.
Пока город за окном затихает, в теле продолжается огромная работа. Печень меняет интенсивность обмена веществ. Температура тела постепенно снижается. Иначе начинают работать иммунные клетки. Меняется чувствительность тканей к инсулину. Даже кишечные бактерии — триллионы микроскопических соседей внутри нас — начинают жить в другом режиме.
Мы редко задумываемся об этом, потому что воспринимаем время как нечто внешнее. Время — это стрелки часов, рассвет, календарь, будильник на телефоне. Но для живого организма время — внутреннее свойство.
Клетки умеют его чувствовать
Именно эта мысль когда-то захватила Симона Эльевича Шноля — человека, который сначала пытался понять природу биологических часов, а потом пришел к куда более опасной идее: возможно, ритмы живого связаны не только с Землей, но и с устройством самого пространства.
История Шноля — это история ученого, всю жизнь балансировавшего между признанной наукой и территорией, куда академическая система заходить не любит, потому что там слишком легко ошибиться. И слишком страшно случайно оказаться правым.
Фасоль в темноте
История биоритмов началась задолго до Шноля. Почти триста лет назад французский астроном Жан-Жак д’Орту де Мэран заметил странную вещь: листья фасоли ночью опускались, а утром снова поднимались.
На первый взгляд — ничего удивительного. Растение реагирует на свет. Но де Мэран сделал простой эксперимент. Он убрал фасоль в полную темноту. И листья продолжили двигаться.
Для XVIII века это выглядело почти мистикой. Получалось, что растение каким-то образом «знает», когда наступает день, даже если никакого света нет.
Позже растения помещали в пещеры с постоянной температурой, изолировали от любых внешних сигналов… И ритмы все равно сохранялись. Иногда они постепенно затухали, но после короткой вспышки света вновь возвращались в прежнюю фазу, будто невидимый механизм все это время продолжал отсчитывать время внутри клетки.
Так родилась идея внутренних биологических часов.
Когда Шноль много лет спустя писал обзор «Биологические часы», он уже описывал мир, в котором существование внутренних ритмов почти не вызывало сомнений. Но главный вопрос оставался открытым: что именно внутри клетки отсчитывает время?
Маятник жизни
Во второй половине XX века биофизики буквально охотились за этим механизмом.
Шноль принадлежал к поколению ученых, которое смотрело на живую материю как на систему колебаний. Для него жизнь была не набором отдельных реакций, а огромной сетью ритмов. Сердце сокращается ритмично. Нейроны генерируют импульсы ритмично. Гормоны выделяются волнами. Ферменты работают неравномерно. Даже химические реакции, как оказалось, способны колебаться.
Тогда это звучало почти еретически.
Когда советский химик Борис Павлович Белоусов обнаружил знаменитую колебательную реакцию, где раствор ритмически менял цвет, редакторы научных журналов просто отказались ему верить. Такого, как считалось, не могло существовать. Но реакция существовала.
Позже ее исследованием занялся Анатолий Маркович Жаботинский, а сама реакция Белоусова–Жаботинского стала одной из самых известных моделей самоорганизации в химии.
Для Шноля это было крайне важно. Если химические процессы способны самопроизвольно создавать ритм, значит, возможно, именно так работают и биологические часы.
В те годы ученые искали «маятник» жизни буквально повсюду: в гликолизе, в митохондриях, в потоках кальция, в мембранах, в синтезе АТФ.
Шноль подробно описывает эти поиски в своем обзоре. Тогда еще никто до конца не понимал, где именно скрывается механизм времени.
Гены и белки: молекулярный маятник циркадных ритмов
Как известно из обзорных работ самого Шноля, в каждой клетке животных и растений существуют особые гены, которые отмеряют околосуточную (циркадную) периодичность жизнедеятельности.
Первые шаги к пониманию этой системы были сделаны школой К. Питтендрая, которая обнаружила у дрозофил ген per, отвечающий за ход биологических часов (позднее подобные гены нашли у грибов и растений).
Для биологии это было ошеломляюще красиво — жизнь научилась создавать молекулярное время.
Но Шноля интересовало не только время клетки
Большинство исследователей на этом бы остановились. Внутренние часы найдены. Гены обнаружены. Механизм постепенно раскрывается. Но Шноль начал смотреть дальше. Именно здесь его история становится по-настоящему необычной.
Работая с ферментативными реакциями, он заметил странную вещь. Измерения никогда не были одинаковыми. Результаты «плавали». Для большинства ученых это был просто статистический шум — неизбежный разброс случайных процессов. Но Шноль отказался считать этот шум бессмысленным. Вместо усреднения он начал внимательно рассматривать форму распределений и увидел закономерности. Формы гистограмм повторялись. Причем не хаотически. Они менялись с определенной периодичностью: около суток, около 27 дней, около года.
Позже похожие закономерности он находил уже не только в биохимии, но и в совершенно других процессах: радиоактивном распаде, электронном шуме, физических измерениях.
Так родилась идея «макроскопических флуктуаций».
Шноль предположил, что случайность не полностью случайна. Что тонкая структура вероятностей каким-то образом связана с космическими факторами и положением Земли в пространстве. Именно в этот момент научное сообщество начало от него отдаляться.
Опасная территория
Для физиков и статистиков это звучало почти как вызов фундаментальным принципам науки. Если радиоактивный распад зависит от космических факторов, значит, случайность не абсолютна. А это уже очень серьезное утверждение.
Коллеги обвиняли Шноля в статистических иллюзиях, поиске закономерностей там, где их нет, и мистификации случайности. Некоторые прямо сравнивали его идеи с астрологией.
Проблема была не только в смелости гипотез. Главная проблема — воспроизводимость и механизм. Да, группа Шноля собирала гигантские массивы данных десятилетиями. Да, похожие эффекты иногда наблюдались в разных лабораториях — от Пущино до Антарктиды. Но независимого строгого подтверждения, которое убедило бы мировую науку окончательно, так и не появилось.
Современные критики указывают сразу на несколько слабых мест:
- множественные статистические сравнения;
- риск апофении — склонности видеть паттерны в шуме;
- недостаточно строгие критерии оценки сходства гистограмм;
- отсутствие ясного физического механизма.
И все же полностью исчезнуть эти идеи не смогли, потому что сама биология постепенно обнаруживала все новые и новые ритмы.
Мир оказался намного менее хаотичным
Сегодня мы знаем, что живые системы буквально пронизаны временной организацией. Есть:
- циркадные ритмы,
- сезонные,
- лунные,
- ультрадианные,
- метаболические осцилляции,
- кальциевые волны,
- ритмы микробиоты,
- циклы активности генов.
Нарушение этих ритмов оказалось связано: с ожирением, диабетом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, депрессией и некоторыми видами рака.
Сменная работа сегодня официально рассматривается как фактор риска для здоровья. Организм действительно живет во времени. И хотя современная наука не приняла идеи Шноля о космофизических флуктуациях как доказанный факт, сам вопрос о влиянии окружающих ритмов на живые системы уже не выглядит безумным.
Сегодня исследуются: геомагнитные бури, солнечная активность, влияние света, сезонность иммунитета и многие другие сферы, влияющие на различные процессы, в том числе и в организме человека. Мир оказался гораздо более ритмичным, чем казалось еще полвека назад.
Ученый, который слишком долго смотрел на шум
Наверное, именно так лучше всего описать Шноля. Он был не мистиком и не популярным гуру. Он был биофизиком старой школы — человеком, который бесконечно анализировал данные и пытался найти закономерность. Иногда наука движется именно такими людьми.
Большинство странных гипотез исчезает, некоторые оказываются ошибками, но иногда именно из наблюдения за «аномалией» рождается новая область знания. Когда-то идея внутренних биологических часов тоже казалась почти фантастикой. Сегодня за нее дают Нобелевские премии.
Шноль до конца жизни продолжал верить, что в случайности скрыт порядок. И, возможно, именно поэтому его история до сих пор так притягивает: это история человека, который пытался услышать ритм там, где остальные слышали только шум.
- Автор: Алексей Вонг
