адаптивные биоритмы. Биологические ритмы
 Скачать 48.5 Kb.
|
|
Одно из фундаментальных свойств живой природы – цикличность большинства происходящих в ней процессов. Вся жизнь на Земле, от клетки до биосферы, подчинена определенным ритмам. Биологические ритмы - это изменения, периодичность которых сохраняется при изоляции от внешних источников отсчета времени в течение двух циклов (периодов) или более. Это один из механизмов, который позволяет организму приспособиться к меняющимся условиям жизни. Подобная адаптация происходит на протяжении всей жизни человека, так как постоянно происходит изменение внешней среды (смена времен года, нарастание или уменьшение солнечной активности, переезд людей в другие климатогеографические часовые пояса и т. д.). Природные ритмы для любого организма можно разделить на внутренние (связанные с его собственной жизнедеятельностью) и внешние (циклические изменения в окружающей среде). Внутренние циклы. Внутренние циклы – это, прежде всего, физиологические ритмы организма. Ни один физиологический процесс не осуществляется непрерывно. Ритмичность обнаружена в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, в сборке белков, в работе ферментов, деятельности митохондрий. Определенному ритму подчиняются деление клеток, сокращение мышц, работа желез внутренней секреции, биение сердца, дыхание, возбудимость нервной системы, т. е. работа всех клеток, органов и тканей организма. При этом каждая система имеет свой собственный период. Изменить этот период действием факторов внешней среды можно лишь в узких пределах, а для некоторых процессов совсем нельзя. Такую ритмику называют эндогенной. Все внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему и, в конечном счете, выступают как общая периодичность поведения организма. Ритмически осуществляя свои физиологические функции, организм как бы отсчитывает время. И для внешних, и для внутренних ритмов наступление очередной фазы зависит, прежде всего, от времени. Поэтому время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним циклическим изменениям природы. Внешние ритмы. Основные внешние ритмы имеют геофизическую природу, так как связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли. Под влиянием этого вращения множество экологических факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле, океанические приливы и отливы и др., закономерно изменяются. Кроме того, на живую природу воздействуют и такие космические ритмы, как периодические изменения солнечной активности. Для Солнца характерен 11‑летний и целый ряд других циклов. Изменения солнечной радиации существенно влияют на климат нашей планеты. Кроме циклического воздействия абиотических факторов, внешними ритмами для любого организма являются также закономерные изменения активности и поведения других живых существ. Целый ряд изменений в жизнедеятельности организмов совпадает по периоду с внешними, геофизическими циклами. Это так называемые адаптивные биологические ритмы – суточные, приливно‑отливные, равные лунному месяцу, годичные. Благодаря им, самые важные биологические функции организма, такие, как питание, рост, размножение, совпадают с наиболее благоприятным для этого временем суток или года. Адаптивные биологические ритмы возникли как приспособление физиологии живых существ к регулярным экологическим изменениям во внешней среде. Этим они отличаются от чисто физиологических ритмов, которые поддерживают непрерывную жизнедеятельность организмов – дыхания, кровообращения, деления клеток и т. д. Рациональная классификация биоритмов предложена Н. И. Моисеевой и В. М. Сыщевым (1981): 1) ритмы высокой частоты, от долей секунды до 30 мин (осцилляции на молекулярном уровне, ритмы ЭЭГ, сокращения сердца, дыхание и т. д.); 2) ритмы средней частоты, от 30 мин до 28 ч, включая ультрадианные (до 20 ч) и циркадные (20-28 ч); 3) мезоритмы, которые включают в себя инфрадианные (28 ч - 6 дн.), циркасептальные (около 7 дн.); 4) макроритмы с периодами от 20 дн. до 1 года; 5) мегаритмы с периодами в десятки лет. Термины "циркадный" (околосуточный), "циркасептальный" (околонедельный) предложены Ф. Хальбердом (1969). Они отражают определенные отклонения биологических ритмов от соответствующих геофизических и социальных циклов. Важнейшим ритмом для всего живого на Земле является суточный ритм, определяемый такими факторами, как вращение Земли, колебания температуры, влажности. Ритмы биологической активности с периодом около суток носят название циркадных. Изучение закономерностей этих ритмов приобретает все возрастающее практическое значение в связи с круглосуточной работой предприятий, жизнью на севере, освоением Мирового океана, межконтинентальными перелетами. Суточный ритм обнаружен у разнообразных организмов, от одноклеточных до человека. У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью: сон и бодрствование, изменение температуры тела, ритма сердечных сокращений, глубины и частоты дыхания, объема и химического состава мочи, потоотделения, мышечной и умственной работоспособности и т.д. Существуют также представления о многодневных ритмах: физическом - с периодом в 23 дня, эмоциональном - 28 дней и интеллектуальном - 33 дня. Факторы, влияющие на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили название "синхронизаторов", или "датчиков времени". Внешние синхронизаторы: смена дня и ночи, прием пищи, различные факторы окружающей среды - температура, инсоляция, атмосферное давление, а также различные социальные факторы. Структура суточных ритмов не является абсолютно устойчивой, под влиянием внешних или внутренних причин она может изменяться в широких пределах. Десинхронизм - чистая рассогласованность во временной организации биологических систем под воздействием социальных и физических факторов. Внезапное смещение по фазе всего комплекса внешних "датчиков времени", наблюдаемое в естественных условиях при широтных перелетах, приводит к тому, что в течение первых нескольких дней суточные колебания основных проявлений жизнедеятельности оказываются рассогласованными с внешними циклическими процессами. Такое состояние носит название "внешнего десинхроза". Его преодоление, выражающееся в синхронизации с и отдыха, приема пищи, задерживает процесс. Адаптации к новому временному режиму. Об этом свидетельствует понижение в течение первых 2-3 недель уровней умственной и физической работоспособности организма и резистентности его к неблагоприятным воздействиям. Ухудшение функционального состояния организма в данный период обусловлено внутренней десинхронизацией, причиной которой служит неодинаковая скорость перестройки циркадных ритмов различных функций организма внешними "датчиками времени" ритмов сна и бодрствования, труда. Приливно‑отливные ритмы и синодические ритмы обусловлены движением Луны вокруг Земли. Особенно четко они определены в обитателей приливно-отливной зоны (литорали). Виды, обитающие на литорали, живут в условиях очень сложной периодичности внешней среды. На 24‑часовой цикл колебания освещения и других факторов накладывается еще чередование приливов и отливов. Сезонные ритмы связаны с вращением Земли вокруг Солнца, что приводит летние циклы изменений климатических условий. С определенными сезонами у организмов связаны размножение, развитие, жизненные циклы, состояние зимнего покоя, у животных - также линьки, миграции, спячка и др., а в листопадных растений - ежегодная смена листьев. Годичные ритмы – одни из наиболее универсальных в живой природе. Закономерные изменения физических условий в течение года вызвали в эволюции видов множество самых разнообразных адаптаций к этой периодичности. Фотопериодизм - реакция организмов на сезонные изменения длины дня получила название фотопериодизма. Его проявление зависит не от интенсивности освещения, а только от ритма чередования темного и светлого периодов суток. Продолжительность светового периода суток является наиболее стабильным из экологических факторов, потому что она всегда постоянна в определенном месте в данный день года, тогда как другие факторы (температура, влажность, давление и т.д.) могут варьировать в значительных пределах ежесуточно. Способность организмов реагировать на изменение длины светового дня дает им возможность заранее адаптироваться к ежегодным сезонным изменениям условий существования. Явление фотопериодизма свойственное всем группам организмов, но наиболее четко выражено у видов, живущих в условиях резких сезонных изменений окружающей среды. Фотопериодизм тесно связан с явлением «биологических часов», образуя совершенный механизм регулирования во времени жизненных функций организма. У растений на изменение продолжительности светового периода реагируют прежде листья. Вследствие этих изменений в их клетках образуются биологически активные соединения (фитогормоны), которые влияют на различные процессы жизнедеятельности (цветение, ноябрь, прорастание семян, клубней, луковиц и др.). Организмы могут приспосабливаться к среде обитания активно, т.е. регулируя процессы жизнедеятельности в зависимости от изменений условий окружающей среды. Это позволяет повысить устойчивость к неблагоприятным изменениям условий существования (например, температура тела птиц и млекопитающих остается постоянной даже при сильных морозов, а пустынные членистоногие поддерживают относительно постоянный содержание воды в теле в условиях значительного засухи и т.д.). Другой путь формирования адаптаций к условиям обитания - пассивный, когда процессы жизнедеятельности организмов подчиняются их изменениям. Так, при снижении температуры воздуха у холоднокровных животных резко снижается уровень процессов обмена веществ, они могут переходить в состояние криптобиозу. В некоторых случаях это наблюдают и у теплокровных животных (например, зимняя спячка ежей или бурых медведей). Листопадные растения зимой прекращают фотосинтез, рост и развитие подобное. Еще одним типом приспособлений является избегание неблагоприятных изменений условий существования (миграции и кочевки некоторых насекомых, рыб, птиц, млекопитающих и др.). При этом наиболее уязвимые фазы развития завершаются в благоприятные периоды, а на неблагоприятные периоды приходятся фазы покоя (например, фаза куколки у насекомых). |