Определение локализации путем пересадки

В большинстве работ по локализации нейронных циркадианных колебателей пытались выявить осциллятор, контролиру­ющий проявление какого-то конкретного наблюдаемого ритма. В этих исследованиях, по крайней мере, на раннем этапе, использовался метод повреждения тканей. Но поскольку проявление ритмичности может быть связано с проводящими путями и процессами, совершенно отличными от колебателя, утрата ритма при каком-то повреждении – вовсе не обязательно результат разрушения колебателя; поэтому при интерпретации результатов хирургического или электролитического повреждения нервной системы необходима осторожность.

Это затруднение можно преодолеть, используя пересадку тканей. По крайней мере, в одном случае, где колебатель действовал гормональным путем, трансплантация ткани предполагаемого колебателя позволила установить его местонахождение, В серии экспериментов, ставших уже классическими, Трумен и Риддифорд убедительно показали, что у бабочек-сатурний циркадианный колебатель, контролирующий момент выхода имаго, находится в мозгу. Они исследовали два вида бабочек, Hyalophora cecropia и Antheraea pernyi. У обоих видов время выведения имаго из куколки ограничено «воротами», определяемыми циркадианным колебателем. В условиях постоянной темноты каждая из популяций ежедневно дает один пик выхода имаго, но у двух видов он приходится на разное время суток. Если содержать куколок при 24-часовых циклах СТ 17:7, то имаго H. cecropia появляются внутри «ворот» шириной около 8 ч, которые открываются спустя 1 ч после «рассвета», в то время как имаго А. реrnyi выходят в последние 5,5 ч перед «закатом». Удаление мозга у куколок не препятствовало выведению, но приводило к утрате суточного ритма: бабочки появлялись с равной вероятностью в любое время суток. Если удаленный мозг реимплантировали в брюшко, нормальный ритм восстанавливался; в постоянных условиях он был свободнотекущим, а при цикле СТ бабочки выводились в надлежащей его фазе. Эти результаты указывали на то, что в мозгу находятся часы, контролирующие время выхода имаго путем выделения специального гормона. Однако решающими оказались эксперименты, в которых удаляли мозг у особей одного вида и пересаживали его в брюшко особям другого вида. Насекомые, получившие чужой мозг, проявляли нормальную ритмичность, но фаза ритма выведения при СТ 17:7 была типична для донора, а не для реципиента: бабочки А. реrnyi выводились из куколок с мозгом от H. cecropia вскоре после рассвета, а H. cecropia из куколок с мозгом от А. реrnyi – около заката.

Тот факт, что пересаженный мозг не только восстанавливал ритмичность, но и определял фазу ритма у насекомого-реципиента, неоспоримо доказывает, что циркадианный колебатель, контролирующий время выхода имаго, находится в мозгу. Для того чтобы выяснить, какой именно участок мозга выполняет эту функцию, мозг перед трансплантацией разделяли на части. Результаты показали, что присутствие зрительных долей не обязательно: одни лишь интактлые церебральные доли создавали «ворота» для выхода имаго. Но когда церебральные доли были разрезаны латерально по отношению к медиальным группам нейросекреторных клеток, которые выделяют гормон, «запускающий» выход имаго, изолированные медиальные участки оказались неспособными определять «ворота». Это позволяло предполагать, что колебатель расположен в боковых участках церебральных долей.

Сходные эксперименты с трансплантацией, проведенные на тараканах, дали противоречивые результаты. Первые данные о роли гормона в контроле ритма подвижности у Periplaneta americana мы находим в кратком сообщении Харкер. По ее данным, если «аритмичного» таракана соединить парабиотически (спина к спине) с нормально ритмичным, но обездвиженным тараканом, то у первого примерно через неделю восстанавливается ритм. Схема этого эксперимента и истолкование его результатов были подвергнуты критике по нескольким при чинам, в том числе потому, что 1) не было контрольных пар с несоединенными гемоцелями и 2) таракан-реципиент был приведен в аритмичное состояние воздействием постоянного света в течение нескольких дней, а между тем теперь стало ясно, что тараканы могут при СС сохранять ритм неопределенно долго. Тем не менее, эти результаты побудили Харкер искать гормональные часы. Она обнаружила, что обезглавленные тараканы утрачивают ритм подвижности. Харкер попыталась восстановить ритмичность, пересаживая надглоточный ганглий от донора обезглавленному реципиенту, и сообщила, что после этой операции ритм действительно возобновлялся, по крайней мере на несколько дней, причем его фаза совпадала с фазой ритма донора до пересадки.

К сожалению, попытки повторить эти крайне важные эксперименты с трансплантацией оказались безуспешными. Многие другие данные опровергают предположение о первичном гормональном механизме часов в надглоточном ганглии. Кроме того, было показано, что разрушение нейросекреторных клеток в надглоточном ганглии микроприжиганием или их хирургическое удаление не влияет на ритм в остальном интактного насекомого.

Хотя эти результаты трудно согласовать с гипотезой Харкер, все же интересно отметить, что первоначальные опыты с парабиозом были успешно повторены. Цимборовский и Брэйди, знакомые с некоторыми возражениями против исходной схемы Харкер, смогли убедительно показать, что у обезглавленных тараканов Р. атеricana и сверчков Аcheta domesticus ритмы могут определяться каким-то циркулирующим в крови фактором, который выделяет парабиотически подсоединенный донор. Однако авторы с осторожностью подошли к истолкованию своих результатов и предложили несколько альтернатив к выводу Харкер о гормональном контроле ритма в нормальных условиях.