Природа биоритмов

Согласно наиболее распространенной гипотезе, живой организм является независимой колебательной системой, которая характеризуется целым набором внутренне связанных ритмов.

Циклы обмена веществ (метаболизм и катаболизм) непрерывно происходят в клетках и представляют собой комплексы разнообразных биохимических реакций — расщепления и синтеза веществ. Вследствие этого в клетках в соответствии с метаболическими циклами постоянно происходят периодические изменения концентраций веществ (ферментов, продуктов обмена, транспортной и матричной РНК и др.), которые участвуют в многочисленных биохимических реакциях. В результате этих реакций все параметры внутренней среды живых систем находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно соответствующих средних значений.

Датчиками, определяющими скорость и характер метаболических процессов, в живых организмах являются аллостерические модуляторы и гормоны, непрерывно контролирующие состояние организма. Организм постоянно стремится к поддержанию гомеостаза (постоянства) внутренней среды –температуры, pH, концентрации веществ, осмотического давления и др. В поддержании гомеостаза задействованы многие механизмы, в основном построенные по принципу «обратной связи». Так, избыток глюкозы в крови запускает механизм ее запасания (в виде гликогена), а недостаток – к усилению расщепления гликогена.

Из этого следует, что ни один процесс в живых организмах не может происходить непрерывно, а должен чередоваться с противоположно направленным: вдох с выдохом, работа с отдыхом, бодрствование со сном, синтез с расщеплением и т.д. Таким образом, состояние живого организма никогда не бывает статическим, а все его физиологические и энергетические параметры всегда находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно средних значений как по частоте, так и по амплитуде.

Эти колебания и являются биоритмами. С помощью биоритмов живые организмы с помощью биоритмов обеспечивают устойчивость своего неравновесного термодинамического состояния. Отсюда можно считать, что биоритмы являются способом существования всех живых организмов. Они позволяют организму успешно приспособиться к циклическим изменениям окружающей среды.

Циркадианная система включает множество отдельных подсистем, каждая из которых, вероятно, способна самостоятельно, независимо от других подсистем периодически изменяться. Формирование единой циркадианной системы обеспечивается, с одной стороны, за счет четкой внутренней упорядоченности фазовых соотношений составляющих ее ритмов, с другой — за счет синхронизирующего действия внешних датчиков времени. По мнению большинства исследователей, регуляцию ритмов циркадианной системы обеспечивает гипоталамо-гипофизарная система.

При высокой степени сопряженности подсистем для синхронизации всей системы в целом не обязателен внешний датчик времени. Врожденная программа временной упорядоченности функций в процессе развития организма модифицируется в направлении приспособления к временному профилю среды. Способность «предсказывать» время суток позволяет организму опережающе предвидеть требования к гомеостатическим системам и заранее подключать для получения приспособительного результата те эффекторы, включение которых в ответную реакцию требует значительного времени. например, при нормальном сне температура тела и содержание кортикостероидов в плазме начинают повышаться задолго до окончания сна и пробуждение может наступить раньше, чем будет включен свет. Считают, что упорядоченность функций во времени позволяет организму разделять не только в пространстве, но и во времени несовместимые процессы, использовать одни и те же структуры, требующие в разное время различных локальных значений биохимических или физико-химических показателей (например, рН). Примерами высокоскоординированных во времени систем могут быть гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная система, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система, система поддержания оптимальной концентрации калия в плазме и межклеточном пространстве.

В процессе естественного отбора выживали лишь те организмы, которые могли не только уловить те или иные изменения в природных условиях, но и настроить ритмический аппарат в такт внешних колебаний. А это означало наилучшее приспособление к окружающей среде. Так, животные чередуют ритмы сна и бодрствования в соответствии с наиболее выгодными для них условиями для добывания пищи. Репродуктивные ритмы (периоды плодородия и бесплодия) также приспособлены к таким условиям среды, которые наиболее оптимальны для выращивания потомства. Осенью многие птицы улетают на юг, а некоторые животные впадают в спячку, что помогает им выжить, несмотря на внешние экстремальные природные условия.


Прочие статьи:

Генная инженерия
Возникла в 70-80 годы 20 века. Генная инженерия – раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным конструированием новых несуществующих в природе сочетаний генов. ЗАДАЧИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ: расшифровка структуры генов, синтез ге ...

Секвенирование одноцепочечных фрагментов ДНК
Затруднения, связанные с реассоциацией цепей фрагмента, можно преодолеть, если приготовить одноцепочечные образцы ДНК путем разделения цепей в геле или синтезировать их в самой реакции ПЦР. Для разделения цепей фрагментов длиной не менее ...

Приспособление к ограничению подвижности
Весьма неблагоприятное влияние на организм оказывает ограничение подвижности, связанное с условиями труда, длительным постельным режимом при заболеваниях и травмах, а тем более с космическими полетами, где присоединяется еще влияние невес ...