Биологические ритмы и их классификация

8

 

поднимает, то опускает свои прилистники. Эти движения —  следствие постоянной пульсации  плазмы в клетках растения.

 
Цветочные часы: вверху слева направо  — цикорий, шиповник, мак, одуванчик, картофель; внизу — лен, белая  кувшинка, красная смолевка, ноготки, кислица (на стрелках указано время  открывания и закрывания цветков).

    Чередование  (смена) периодов усиления и  ослабления того или иного  физиологического процесса невозможно  без способности измерять время.  Эта способность живых организмов, зависящая от наследственных  особенностей и от внешних  условий (нормальное питание,  дыхание, смена дня и ночи, времен  года), и называется биологическими часами.

    Очень  важно знать биологические ритмы  жизни растений. Можно заставить  южные растения цвести на севере, давая им укороченный день  и удлиненную ночь, т. е. условия,  к которым они приспособились  у себя на родине. Напротив, растения  севера можно заставить цвести  на юге, давая им дополнительное  освещение и укорачивая период  темноты. Чтобы успешно бороться  с сорняками с помощью гербицидов, надо знать время максимальной  чувствительности тех или иных  сорняков к гербицидам и время  минимальной чувствительности к  ним культурных растений.

4. Проявление биологических часов в человеческом организме

Один из крупнейших ученых в области  изучения биологических часов,  американский биолог Ю. Ашофф, отмечал, что в организме человека нет ни одного органа и ни одной функции, которые не обнаруживали бы суточной ритмичности. Измеряется ли число делящихся клеток в той или иной ткани, объем  выделяемой мочи, реакция на лекарство или точность и скорость решения арифметических задач - человек обычно обнаруживает, что максимальное значение соответствует одному времени суток, а минимальное - другому.

Установлено, что в организме  человека имеется свыше 100 биологических  ритмов, отражающих различные физиологические процессы. Это суточные ритмы сна и бодрствования, изменения температуры тела, работы сердечно-сосудистой системы, состава крови и т. д.

9

 

Изучение биологических ритмов организма человека - сложная задача, так как для этого необходимо полностью исключить влияние  всех внешних факторов (особенно шумов), мешающих ходу внутренних часов человека. Необходимо также располагать совершенными методами исследований и современной аппаратурой для регистрации изменений температуры тела, сердечно-сосудистой системы, циклов сна и бодрствования и т. д. Первоначальные исследования были несовершенны и достаточно примитивны.

 

Несмотря на это, они позволили  выявить ход внутренних биологических часов человека при осуществлении различных физиологических функций. Так, например, изучение цикла «сон - бодрствование» исследователи проводили в  пещерах. Первые эксперименты они выполнили на себе. Находясь в изоляции от внешнего мира, в полной темноте и тишине, они наблюдали за суточными изменениями  различных  физиологических  функций.   

Первоочередной задачей ученых было изучение природы внутренних часов человека.

Известно, что человек обладает хорошо развитым чувством времени. Он может утром проснуться в определенное время, твердо решив это сделать еще с вечера. Все это мы неоднократно испытали на себе. Биологические часы напоминают о времени сна и о наступлении часа обеда, дают о себе знать в момент подъема и спада работоспособности в различное время суток.

 

Для подтверждения существования  внутренних биологических часов у человека был проведен ряд научных экспериментов. Одним из первых такие научные эксперименты выполнил Ашофф.

 

Сущность экспериментов состояла в том, что испытуемые (студенты) находились в помещении, изолированном от окружающего мира. Им были предоставлены удобная комната, совмещающая гостиную и спальню, душевая и маленькая кухня для приготовления еды. Испытуемые вели нормальный образ жизни, с обычным для них распорядком дня. Все отличие от привычной жизни заключалось в незнании времени суток.

 

Испытуемые находились в полной изоляции от внешнего мира на протяжении трех-четырех недель. Они вели нормальную «размеренную» жизнь: три раза в день ели, занимались, читали, готовили себе еду, прослушивали музыкальные записи, ложились спать тогда, когда по их чувству времени должна была наступать ночь. В изолированное помещение не проникал ни звук, ни свет, поэтому испытуемые не могли узнать время суток.

 

За испытуемыми велись различные  физиологические наблюдения: непрерывно регистрировалась температура тела, записывался характер активности движения во время сна и т. д. Испытуемые проводили психологические опыты. Каждый участник эксперимента проверял чувство времени, пытаясь определить промежутки времени в 20 сек., в 1 час и т. д. Свет он гасил сам, когда ложился спать, и зажигал его, когда просыпался и вставал. Однако интенсивность освещения регулировалась извне с тем,

10

 

чтобы определить, каким образом  она влияет на внутренние биологические часы испытуемого. Температуру же внутри помещения каждый испытуемый регулировал сам, так как ее изменение в небольших пределах не должно было сказаться на результатах эксперимента.

 

    Регистрация физиологических функций и состояния испытуемого во время эксперимента позволила выявить у него четко выраженные циркадные (суточные) ритмы: сна и бодрствования, изменения температуры тела, выделения мочи (по объему и содержанию кальция и калия). Эти ритмы не всегда совпадали по фазе, но в среднем длительность периода составляла не 24 часа, а 25 часов. Таким образом, внутренние часы человека отставали на 1 час в сутки.

 

Наблюдения показали, что на ход  внутренних часов человека оказывала влияние интенсивность освещения. При очень сильном освещении (1500 лк) суточный ритм испытуемого уменьшался до 19 час., при слабом - наоборот, увеличивался и составлял 25,6 часа. Таким образом, в экспериментах по наблюдению за длительностью суточной периодичности функций человека установлено, что их течение ускоряется при яркой освещенности и уменьшается при слабой. При ярком солнечном свете человек более работоспособен, поэтому сутки внутренних часов его значительно укорачиваются.

 

Устойчивость суточного ритма  человека при постоянной внешней  среде подтвердил французский спелеолог  М. Сиффре. Он установил своеобразный рекорд пребывания под землей, проведя в пещере в полном одиночестве и темноте 205 дней.

 

Очень важное значение имеют данные биоритмологии для человека. Так, лечение многих болезней состоит в налаживании нормального ритма работы сердца, легких, желудка, кишечника и в особенности центральной нервной системы.

 

Вывод

  Биологические часы являются замечательным механизмом, присущим всем эукариотам. Точность хода этих часов, иногда используемых животными в целях ориентации, может быть весьма высока - порядка минут или даже секунд за сутки ( Биологические часы, 1964; Orcadian, Clocks, 1965), Механизм часов у организмов, стоящих на разных ступенях развития, может быть различным. У многоклеточных он может включать взаимодействие различных клеток, а возможно, тканей и органов. Однако часы обнаружены и у одноклеточных организмов, и в культурах клеток многоклеточных. Это позволяет полагать, что над клеточные механизмы только надстраиваются над всегда имеющимися внутриклеточными и управляют последними путем синхронизации.

 
   Биологические часы, то есть периодические ритмические циклы, есть у любого организма.

 

Они есть и у животных, и у растений. С их помощью организм приспосабливается к внешней среде, к ее ритмам: смене дня и ночи, времен года. Чувство времени развивается

11

 

в процессе этого приспособления. Важно, однако, что в основе этого чувства лежит примерно тот же принцип, какой лежит и в основе образования понятия времени, - это сравнение, сопоставление различных процессов движения: одного, функционирующего как эталон, и другого, сравниваемого с этим эталоном. 

  Биологические часы организма - эндогенные биологические ритмы, дающие организму возможность ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды. 

Основной особенностью биологических часов является собственный режим автоколебаний с периодом, близким, но не равным 24 час. Эти автоколебания наблюдаются при помещении организма в постоянные внешние условия, из которых важнейшим является уровень освещенности, Периодическое внешнее воздействие приводит к захватыванию по частоте. В естественных условиях происходит синхронизация с периодом, равным 24 час. 
    Суточный цикл - своеобразные биологические часы, которые работают.