Биоритмы. Регуляция циркадианных систем. Роль эпифиза и СХЯ в синхронизации биоритмов. Биоритмы и алкоголь. Теория и практика.

Биоритмы – это регулярные количественные и связанные с ними качественные изменения биологических процессов, проиходящие на различных уровнях организации живого: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом органном, организменном популяционно-биосферном. Главными составляющими параметрами ритма являются: период, мезор, амплитуда, акрофаза.

В 1980 Губиным Г.Д. была выдвинута концепция, согласно с никоторой циркадианная организация живой системы, все амплитудно-фазовые отношения испытывают изменение в онтогенезе. Весь организм представляется с точки зрения концепции волчка в форме спирали с постепенно возрастающими оборотами с последующим, на более поздних этапах онтогенеза, сокращением оборотов спирали, а так же идущими процессами сдвига акрофаз.

Циркадианные ритмы — циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют эндогенное происхождение, представляя, таким образом, «внутренние часы» организма.

Супрахиазмальное ядро (супрахиазматическое ядро, супраоптическое ядро, надзрительное ядро) — область в гипоталамусе, отвечающая за генерацию циркадных (циркадианных) ритмов, играющая роль «биологических часов». Регуляция суточных ритмов обеспечивается поступлением информации от сетчатки в супрахиазмальное ядро.

У млекопитающих внутренние водители циркадных ритмов локализованы в супрахиазмальном ядре гипоталамуса . Эксперименты показали, что двустороннее разрушение супрахиазмального ядра приводит к утрате циркадных ритмов — восстановить их удается только с помощью трансплантации.

В норме циркадные ритмы синхронизированы с 24-часовым циклом «день-ночь»: подстройку внутренних водителей ритма обеспечивает ретиногипоталамический путь — моносинаптический путь от сетчатки к супрахиазмальному ядру гипоталамуса.

Биоритмы и алкоголь

Хроническое потребление алкоголя притупляет биологические часы - у человека нарушается синхронизация повседневной активности и освещённости. Даже через несколько дней после употребления алкоголя, алкоголь продолжает влиять на биоритмы.
Учёные из Кентского государственного университета, Огайо, США, провели исследования влияния постоянного потребления алкоголя на поведение и биоритмы. В качестве модельных животных использовались хомячки, которые хоть и ночные животные, но их циркадные ритмы (биоритмы) синхронизированы с освещённостью в той же степени, что и у человека.
В ходе эксперимента хомячков разделили на три группы: пьющие только воду, пьющие 10%-раствор спирта и 20 %-раствор спирта. Когда животным предложили самим выбирать «напитки», они предпочли спиртосодержащие.
Максимально интенсивно хомяки предпочитали «злоупотреблять» в начале ночной фазы, на которую приходится пик их активности в нормальных условиях. В испытуемых группах животным предлагалось пить столько, сколько они хотят.
В результате, оказалось, что чем больше алкоголя потребляли животные, тем сложней им было переключать биоритмы при изменении освещённости. Общее время активности в течении суток у трёх групп было одинаковым, однако количество актов (приступов) активности у злоупотребляющих хомячков было в несколько раз меньше, чем у контрольной группы.
После прекращения употребления алкоголя, даже на третий день циркадные ритмы у животных оставались нарушенными, и они просыпались раньше, чем обычные группы (в среднем на 60 минут).
Потребление алкоголя оказывает непосредственное влияние на деятельность супрахиазматического ядра (SCN), расположенного в гипоталамусе. Этот участок головного мозга отвечает за соблюдение циркадных ритмов, контролирует суточный цикл активности, регулирует соотношение сон-бодрствование и временные рамки ряда других физиологических функций, таких как гормональная секреция, аппетит, пищеварение, уровень активности и температуру тела.
Нарушение биоритмов резко повышает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и психических расстройств (например, депрессии).

Фотопериодизм. Эволюционные аспекты фотопериодизма. Значение света, темноты, их продолжительности и чередования фаз для жизнедеятельности.

Фотопериодизм — реакция живых организмов (растений и животных) на суточный ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между темным и светлым временем суток (фотопериодами).

Под действием реакции фотопериодизма растения переходят от вегетативного роста к зацветанию. Эта особенность является проявлением адаптации растений к условиям существования, и позволяет им переходить к цветению и плодоношению в наиболее благоприятное время года. Помимо реакции на свет, известна также реакция на температурные воздействия — яровизация растений.

За восприятие фотопериодических условий у растений отвечают особые рецепторы листьев (например, фитохром).

Растения делят на длиннодневные, зацветают при непрерывной суточной освещенности более 12 часов и короткодневные, зацветают при непрерывной суточной освещенности менее 12 часов. Есть и нейтральные, для цветения им необходимо 12 часов. В умеренных широтах короткие дни весной, а длинные — в середине лета. Поэтому короткодневные цветут весной и осенью, а длиннодневные — летом.

Известно, что длина светового дня, кроме времени года, зависит от географического положения местности. Короткодневные виды живут и произрастают в основном в низких широтах, а длиннодневные – в умеренных и высоких. У видов с обширными ареалами северные особи могут отличаться по типу фотопериодизма от южных. Таким образом, тип фотопериодизма – это экологическая, а не систематическая особенность вида.

По мере повышения географической широты критическая длина дня возрастает. Например, переход в диапаузу яблоневой листовертки на широте 32° происходит при продолжительности светлого периода суток, равной 14 ч, 44° – 16 ч, 52° – 18 ч. Критическая длина дня часто служит препятствием для широтного передвижения растений и животных, для их интродукции.

Фотопериодизм растений и животных – наследственно закрепленное, генетически обусловленное свойство. Однако фотопериодическая реакция проявляется лишь при определенном воздействии других факторов среды, например в определенном интервале температур. При некотором сочетании экологических условий возможно естественное расселение видов в несвойственные им широты, несмотря на тип фотопериодизма.

Фотопериодизм известен также у животных — насекомых, рыб, птиц, млекопитающих. Реакция на длину светового дня регулирует начало брачного периода, линьки, зимней спячки и т. д.