Рытмічнасць ў біялогіі - гэта ... Каэфіцыент рытмічнасці

Рытмічнасць ў біялогіі - гэта вельмі цікавая з'ява. Мноства навукоўцаў сёння займаецца даследаваннем гэтага феномену. Рытмічнасць ў біялогіі - гэта ўсеагульны працэс, які тычыцца ўсіх жывых арганізмаў. У гэтым вы пераканаецеся, прачытаўшы дадзеную артыкул.

Прынцып адзінства асяроддзя і арганізма з'яўляецца адным з прынцыпаў сучаснага прыродазнаўства. Усе жывыя арганізмы, а таксама надорганизменные сістэмы, складаючы адзінства са асяроддзем, у якой яны насяляюць, валодаюць рытмічнасцю ўсіх сваіх працэсаў. Жыццядзейнасць іх падпарадкоўваецца перыядычным рытмам, якія адлюстроўваюць рэакцыі на рытмы ўсёй Сусвету ў цэлым (геафізічныя, астранамічныя), а таксама прыроды.

П.Я. Сакалоў, руская сацыёлаг, адзначае, што ўвесь жывёльны і раслінны свет, а разам з ім і чалавек, якога няспынна і адвечна адчувае на сабе ўздзеяння фізічнага свету і адказвае рытмічнымі пульсавалымі рэакцыямі на біццё сусветнага пульса.

Што такое біялагічныя рытмы?

Разгледзім падрабязней цікавіць нас паняцце. Біялагічныя рытмы ўяўляюць сабой перыядычна паўтараюцца змены характару і інтэнсіўнасці біялагічных з'яў і працэсаў. Дадзеныя перыядычныя працэсы маюць шырокі дыяпазон частот. Яны сустракаюцца на кожным з узроўняў арганізацыі жывых сістэм. Чым биосистема складаней, тым яна мае большую колькасць біярытмаў. Яны замацаваны на генетычным узроўні. Рытмічнасць ў біялогіі - гэта з'ява, якое з'яўляецца вельмі важным для адаптацыі і натуральнага адбору арганізмаў.

Яе наяўнасць абумоўлена сінхранізацыяй біяхімічных працэсаў. Паколькі жывы арганізм уяўляе сабой іерархічную сістэму, яму неабходна соразмерять функцыянаванне яе з сінхранізацыяй розных падсістэм і узроўняў не толькі ў часе, але таксама і ў біялагічным прасторы.

У гэтым артыкуле вы падрабязна даведаецеся пра тое, што такое рытмічнасць ў біялогіі. Праявы, ўласцівасці, прыклады таксама будуць разгледжаны ніжэй.

Хронобиология: ўзнікненне і развіццё

Навука, якая вывучае біярытмы, называецца хронобиологией. Добра вядома яшчэ са старажытных часоў, што пялёсткі і лісце раслін у залежнасці ад часу сутак здзяйсняюць пэўныя руху. Карл Ліней яшчэ ў 1745 годзе вынайшаў "кветкавы гадзіннік" (на фота ніжэй), якія дазваляюць вызначаць час па распускання і закрыцця кветак.

У першай палове 19 стагоддзя былі праведзены першыя даследаванні сутачных рытмаў ўжо ў чалавека, такіх як тэмпература цела, частата мачавыпускання і сардэчных скарачэнняў. У падручніках па фізіялогіі гэтага перыяду сустракаюцца ўказанні на існаванне рытмічных функцый, якія з'яўляюцца эндагеннымі, то ёсць ўзнікаюць у самім арганізме. У 1936 канчаткова усталяваны быў эндогенный характар сутачных рытмаў раслін і кветак. Для гэтага любыя вонкавыя ўздзеянні на іх былі выключаныя.

Іншыя вехі развіцця навукі хронобиологии - адкрыццё арыентацыі птушак і пчол у палёце па сонцы, пацверджанне наяўнасці ў чалавечым арганізме эндагенных циркадианных рытмаў. Новы імпульс гэтай навуцы быў дадзены ў выніку даследаванняў космасу. Па-ранейшаму галоўны цікавасць навукоўцаў пры вывучэнні біялагічных рытмаў ўяўляе даследаванне гадавых, месяцовых і сутачных рытмаў.

Рытмы фізіялагічныя і адаптыўныя

Вылучаюць наступныя іх класіфікацыі з пункту гледжання ўзаемадзеяння асяроддзя і арганізма.

1. Рытмы адаптыўныя (біярытмы) - гэта ваганні, якія здзяйсняюцца з перыядамі, блізкімі да важнейшых геафізічных цыклах. Іх роля складаецца ў адаптацыі розных арганізмаў да зменаў навакольнага асяроддзя, якія перыядычна адбываюцца. Частата іх стабільная.
2. Рытмы фізіялагічныя (рабочыя) - ваганні, якія адлюстроўваюць дзейнасць фізіялагічных сістэм таго ці іншага арганізма. Частата іх істотна вар'іруецца і залежыць ад стану дадзенага арганізма.

Рытмы экзагенныя і эндагенныя

Рытмы па прыродзе ўзнікнення дзеляцца на экзагенныя і эндагенныя. Экзагенныя - рэакцыя арганізма на змены навакольнага асяроддзя. Эндагенныя ўзнікаюць у выніку дзеяння самарэгулявальная працэсаў, якія характарызуюцца позніцца зваротнай сувяззю. Яны схільныя пры гэтым уздзеянням навакольнага асяроддзя, якія могуць уплываць на іх амплітуду, а таксама зрушваць фазу біярытмаў.

Рытмы па ўзроўнях арганізацыі биосистемы і частаце

Рытмы таксама дзеляцца па ўзроўнях арганізацыі той ці іншай биосистемы. Яны падзяляюцца на біясферныя, папуляцыйныя, арганізмавым, арганныя і клеткавыя.

Па частаце сваёй яны бываюць:

• рытмамі высокай частоты (ад адной долі секунды да 30 хвілін);
• сярэдняй (ад 30 хвілін да 28 гадзін);
• мезоритмами (ад 28 гадзін да 7 дзён);
• макроритмами (ад 20 дзён да года);
• мегаритмами (перыядычнасць - дзясяткі гадоў).

прырода біярытмаў

Жывы арганізм, згодна з самай распаўсюджанай гіпотэзе, з'яўляецца незалежнай вагальнай сістэмай, якая характарызуецца наборам рытмаў, ўнутрана звязаных. Цыклы абмену рэчываў (катабалізм і метабалізм) адбываюцца ў клетках бесперапынна. Гэта комплексы розных біяхімічных рэакцый - сінтэзу і расшчаплення рэчываў. У клетках з прычыны гэтага, у адпаведнасці з цыкламі метабалічнымі, бесперапынна адбываюцца змены канцэнтрацый розных рэчываў (прадуктаў абмену, ферментаў, матрычнай і транспартнай РНК і інш.), Якія ўдзельнічаюць у біяхімічных рэакцыях. Параметры ўнутранай асяроддзя біясістэм ў выніку дадзеных рэакцый здзяйсняюць бесперапынныя ваганні, адыходзячы ад сярэдніх значэнняў.

У жывых арганізмах датчыкамі, якія вызначаюць характар і хуткасць метабалічных працэсаў, з'яўляюцца аллостерические гармоны і мадулятары, якія падтрымліваюць рытмічнасць ў біялогіі. Гэта яны бесперапынна кантралююць стан арганізма. А ён імкнецца падтрымаць сталасць (гамеастаз) ўнутранага асяроддзя - рН, тэмпературы, асматычнага ціску, канцэнтрацыі рэчываў і інш. Многія механізмы задзейнічаны ў падтрыманні гамеастазу. Яны пабудаваныя ў асноўным па прынцыпе зваротнай сувязі. Напрыклад, лішак ў крыві глюкозы запускае механізм запасания гэтага рэчыва (у выглядзе глікагену). Наадварот, недахоп яе вядзе да ўзмоцненага расшчапленню глікагену.

Вывад з гэтага можна зрабіць наступны. У жывых арганізмах ні адзін працэс не адбываецца бесперапынна. Ён павінен абавязкова чаргавацца з накіраваным процілегла: праца з адпачынкам, ўдых з выдыхам, сінтэз з расшчапленнем, няспанне са сном і т. Д. Стан жывога арганізма, такім чынам, не можа быць статычным. Яно характарызуецца такім паняццем, як рытмічнасць. Вызначэнне наяўнасці гэтага ўласцівасці жывога арганізма можна вырабіць нават шляхам простага назірання. Вы можаце заўважыць, што некаторыя (а на самай справе ўсё) яго энергетычныя і фізіялагічныя параметры знаходзяцца заўсёды ў стане здзяйснення ваганняў як па амплітудзе, так і па частаце адносна сярэдніх значэнняў.

Такія ваганні і ёсць біярытмы. З дапамогай іх жывыя арганізмы забяспечваюць ўстойлівасць свайго тэрмадынамічнай стану. Дазваляе паспяхова прыстасавацца да навакольнага асяроддзя, яе цыклічным зменаў менавіта рытмічнасць. Вызначэнне гэтай з'явы мы прыводзілі ў пачатку артыкула.

ўнутраныя гадзіны

Знешні датчык часу неабавязковы для сінхранізацыі сістэмы пры высокай ступені спалучаныя ўсіх яе падсістэм. У працэсе развіцця арганізма прыроджаная праграма спарадкаванасці функцый ў часе мадыфікуецца, дазваляючы яму прыстасоўвацца да часовага профілі навакольнага асяроддзя. Такі арганізм здольны "прадказваць" час сутак. Гэта дазваляе яму падключаць загадзя розныя эффекторы, якія ўключаюцца ў рэакцыю ў адказ не адразу. Напрыклад, тэмпература цела, а таксама ўтрыманне ў плазме кортікостероідов пры нармальным сне пачынаюць задоўга да яго заканчэння павышацца. Таму абуджэнне часам адбываецца раней, чым ўключаецца святло.

Прывядзём і іншыя прыклады рытмічнасці. Толькі тыя арганізмы выжывалі ў працэсе натуральнага адбору, якія валодалі здольнасцю не проста злавіць яго ў прыродных умовах розныя змены, але і наладзіць ў такт знешніх ваганняў свой рытмічны апарат. Напрыклад, жывёлы чаргуюць рытмы няспання і сну так, што гэта спрыяе забеспячэнню выгадных умоў для здабычы ежы. У прыродзе рэпрадуктыўныя сістэмы (перыяды бясплоддзя і ўрадлівасці) таксама прыстасаваныя да ўмоў асяроддзя, якія з'яўляюцца самымі аптымальнымі для таго, каб вырасціць нашчадства. Многія птушкі восенню ляцяць на поўдзень. Гэта адзін з прыкладаў таго, як выяўляецца рытмічнасць. Біялогія ведае і мноства іншых прыкладаў. Так, ўпадаюць у спячку некаторыя жывёлы. Гэта дапамагае ім выжыць, нягледзячы на тое, што знешнія прыродныя ўмовы бываюць экстрэмальнымі.

сутачныя біярытмы

Циркадная рытмічнасць ў біялогіі - што гэта такое? Давайце разбярэмся. Да сутачным (циркадным) біярытмы адносяцца такія з'явы і змены характару і інтэнсіўнасці біялагічных працэсаў, перыядычнасць паўтарэння якіх складае 24 ± 4 гадзін. Большасць фізіялагічных і біяхімічных працэсаў абмену рэчываў, руху, развіцця, росту схільна гэтым рытмам, якія абумоўлены циркадным (сутачным) рытмам знешняй асяроддзя. Ён, у сваю чаргу, звязаны з кручэннем вакол сваёй восі нашай планеты. Прыклады такіх працэсаў: інтэнсіўнасць абмену рэчываў, ваганні тэмпературы цела, частата дзялення клетак. Для ўсіх іх характэрная сутачная рытмічнасць.

Біялогія - навука, якая вывучае не толькі жывёл, але і расліны. У апошніх, у прыватнасці, назіраюцца ў начны час рытмічныя цыклы апускання лісця і закрыцця кветак. У дзённы час яны раскрываюцца. Рытмы пры гэтым захоўваюцца нават тады, калі сонечнае святло адсутнічае. Гэта пацвердзіў сваімі досведамі С.Э. Шноля, расійскі біяфізік. Ён у якасці прыкладу прывёў фасолю мэра. Яе лісце падымаліся і апускаліся раніцай і ўвечары, нават калі расліна знаходзілася ў цёмным пакоі. Яно як быццам адчувала час і ўнутранымі фізіялагічнымі гадзінамі вызначала яго.

Расліны звычайна працягласць дня вызначаюць па пераходзе з адной формы ў іншую пігмента фитохрома пры змене характарыстык сонечнага святла (яго спектральнага складу). Напрыклад, сонца на заходзе мае чырвоны колер таму, што чырвонае святло валодае найбольшай даўжынёй хвалі і менш, чым сіні, рассейваецца. У вечаровым або заходняе святле шмат інфрачырвонага і чырвонага выпраменьванняў. Гэта і ўспрымаюць расліны, выяўляючы сутачную рытмічнасць.

Біялогія - гэта навука, у якой на сённяшні дзень назапашаны вялікі вопыт назіранняў за рознымі жывёламі. Было ўстаноўлена, у прыватнасці, што чаргаванне перыядаў супакою і актыўнасці жывёл (начных і дзённых) таксама ставіцца да сутачным рытмам. Для іх з'яўляецца важным вызначэнне часу не абсалютнае, а адноснае. Ім трэба ведаць, калі сонца ўзыдзе і сядзе, паколькі дзённыя істоты для пошуку ежы выкарыстоўваюць светлую частку сутак, а начныя - цёмную.

Прывядзём прыклад - разгледзім сутачны рытм які насяляе на ўзбярэжжы Атлантычнага акіяна зманлівага краба. Ён мяняе сваю афарбоўку, выяўляючы сутачную рытмічнасць. Біялогія - гэта навука, якая, як і іншыя, выяўляе заканамернасці. Для чаго ж краб мяняе сваю афарбоўку? Давайце разбярэмся.

Краб раніцай больш светлы, але калі сонца ўсё вышэй падымаецца над гарызонтам, ён становіцца ўсё больш цёмна. Гуляючы ахоўную ролю, пігмент засцерагае зманлівага краба ад пякучых прамянёў сонца. Калі пры гэтым бывае адліў, то яму дапамагае больш цёмная афарбоўка заставацца на прыбярэжным пяску незаўважаным. А менавіта туды ў пошуках ежы адпраўляецца краб.

Сутачныя рытмы ў чалавека

Каля 300 фізіялагічных функцый, якія маюць сутачныя рытмы, назіраецца ў чалавечым арганізме. Маса цела, зыходзячы з циркадианной сістэмы чалавека, максімальнай з'яўляецца ў 18-19 гадзін, частата дыхання - у 13-16 гадзін, сардэчных скарачэнняў - у 15-16 гадзін, ўзровень у крыві эрытрацытаў - у 11-12 гадзін, лейкацытаў - у 21 -23 гадзіны і т. д.

Псіхічныя працэсы паскараюцца вечарам і запавольваюцца раніцай. На рытмы псіхічных і фізіялагічных функцый, у сваю чаргу, уплываюць змены няспання і сну, спакою і актыўнасці. Ад мноства фактараў залежаць у перыяд няспання параметры крывой працаздольнасці: ад узроўню матывацыі, прыёму ежы, агульнай абстаноўкі, тыпу асобы і т. Д.

Тэрмінам "десинхроноз" абазначаюць парушэнне ў біялагічнай сістэме часовай спарадкаванасці рытмаў. Вывучэнне яго механізмаў мае вялікае значэнне ў справе арганізацыі працы і адпачынку персаналу, пры правядзенні розных прафілактычных мерапрыемстваў, накіраваных на ахову здароўя. Десинхроз, у прыватнасці, назіраецца ў асоб, якія здзейснілі пералёт на вялікую адлегласць (праз 4-5 гадзінных паясоў), пры змене рэжыму працы з дзённага на начны, а таксама ў касманаўтаў пры здзяйсненні касмічных палётаў.

месяцовыя біярытмы

Циркалунарные (месяцовыя) біярытмы - рытмы, перыяд якіх складае ў сярэднім 29,53 дзён. Гэтыя рытмы ў біялогіі адпавядаюць месяцова-месячнаму цыкле, гэта значыць цыкле фаз месяца.

На многія геафізічныя працэсы ўплывае перыядычнасць кручэння Месяца вакол нашай планеты. Напрыклад, мяняецца асветленасць ноччу, тэмпература, ціск паветра, магнітныя поля Зямлі, кірунак ветру. Усе гэтыя з'явы для циркалунарных рытмаў з'яўляюцца часовымі паказальнікамі.

У марскіх арганізмаў выяўляюцца самыя ўражлівыя прыклады таго, як гэтыя рытмы ўплываюць на жыццёвыя працэсы. Напрыклад, марскі чарвяк палоло, Які жыве на каралавых рыфах, у кастрычніку і лістападзе, у заключную дэкаду месяцовага цыкла і пры гэтым у вызначаны час сутак, аддзяляе ў ваду сваю заднюю частку, якая напоўнена прадуктамі палавой сістэмы. Гэта трэба для працягу роду.

Месяцовыя цыклы перыядаў нараджальнасці і апладнення могуць быць не толькі сінадычны (як у папярэднім прыкладзе). Сустракаюцца і сизигические з інтэрвалам у 14,7 дзён. Так, адзін выгляд рыб, якія жывуць на беразе Каліфарнійскага заліва, у поўню і маладзік (падчас прыліву) адкладае на пляж ікру. Яна развіваецца на працягу 14 дзён на беразе і ў ваду трапляе з наступным прылівам.

Месячнае святло, пра што мы ўжо згадвалі, абумоўлівае адрозненні асветленасці ў начны час. Гэта спрыяе таму, што актыўнасць жывёл, якія вядуць вячэрні або начны лад жыцця, мяняецца. Нават калі выключыць ўздзеянне месяцовага святла ў лабараторыі, перыядычнасць циркалунарных працэсаў захоўваецца. Яна можа абумоўліваецца іншымі фактарамі, звязанымі з месяцовым цыклам. Да прыкладу, гэта ваганні магнітнага поля нашай планеты.

Месяцовы цыкл ўплывае таксама на рост раслін. Гэта можна паказаць на прыкладзе ваганняў ураджайнасці радыскі, бульбы і бабовых. Ужо доўгі час выкарыстоўваюцца месяцовыя календары, якія дапамагаюць вызначыць аптымальны час для агратэхнічных мерапрыемстваў і пасадкі раслін.

гадавыя біярытмы

Цирканнуальные (гадавыя) біярытмы ў біялогіі маюць перыяд ваганні, які складае 1 год ± 2 месяцы. Яны звязаны з кручэннем вакол Сонца нашай планеты.

Назіраюцца гэтыя рытмы ва ўсіх арганізмаў, ад трапічнай да палярнай зоны. Выяўленасць іх нарастае па меры таго, як павялічваецца геаграфічная шырата. Аналіз рытмічнасці дазволіў навукоўцам зрабіць выснову аб тым, што ў арганізмаў, якія насяляюць палярныя і ўмераныя зоны, у якіх найбольш прыкметныя сезонныя адрозненні, яна праяўляецца выразна. Аснову гадавых біярытмаў складаюць, па-першае, прыстасоўвальныя рэакцыі, якія ўзнікаюць у адказ на змяненне найважнейшых параметраў навакольнага асяроддзя (воднага рэжыму, колькаснага і якаснага складу ежы, тэмпературы).

Па-другое, яе складае рэакцыя арганізма на сігнальныя фактары асяроддзя (напрыклад, змены напружанасці геамагнітныя поля, фотопериода, з'яўленне пэўных хімічных кампанентаў). Выяўляюцца гадавыя біярытмы, напрыклад, у з'явах вандровак, міграцый, гадовай і зімовай спячкі, рэпрадуктыўных працэсах і т. Д.

Шмат каму жывёлам зімовая спячка дапамагае перажыць неспрыяльны перыяд. Дзіўна сапраўды звяры вызначаюць час для яе. Мядзведзь, напрыклад, у сваю бярлогу ўкладваецца заўсёды напярэдадні снегападу. І ён спіць пасля гэтага да красавіка, пакуль тэмпература не складзе 12 ° С (гэта значыць 5,5 месяцаў). У гэты час ён існуе за кошт тлушчу, назапашанага з восені. Яго запас складае практычна трэць усёй масы цела жывёлы. Тэмпература цела мядзведзя падчас спячкі зніжаецца прыкладна на 10 ° С, у 3 разы памяншаецца частата яго дыхання. Гэта дапамагае эканоміць жыццёвыя рэсурсы, назапашаныя ў цёплы час. Так выяўляецца рытмічнасць арганізма мядзведзя. Калі парушыўся рытм, і звер не залёг у бярлог па нейкіх прычынах або раптам у сярэдзіне зімы прачнуўся, ён амаль асуджаны на пагібель. Шатуна будзе адольваць мноства паразітаў, якія ў слабеючай арганізме, пакутуе ад голаду, бурна развіваюцца.

Такім чынам, шматлікія прыклады рытмічнасці былі прадстаўлены ў гэтым артыкуле. Яны пацвярджаюць, што гэта ўсеагульны з'ява ў жывёльным свеце. Біярытмы, больш за тое, з'яўляюцца вызначальным фактарам існавання жывых арганізмаў. Прынцып рытмічнасці сустракаецца на ўсіх узроўнях арганізацыі біясістэм. Ён служыць для таго, каб адаптаваць арганізм для лепшага функцыянавання ў навакольным асяроддзі.

каэфіцыент

Такім чынам, мы разгледзелі рытмічнасць у біялогіі, што гэта такое, вы цяпер ведаеце. Аднак цікавіць нас паняцце сустракаецца не толькі ў гэтай навуцы. У прыватнасці, эканамісты зрабілі выснову аб тым, што яна назіраецца і ў вытворчай сферы. Зрабіўшы гэта адкрыццё, яны ўвялі паняцце "каэфіцыент рытмічнасці". Ён заўсёды імкнецца да адзінкі. Як правіла, каэфіцыент рытмічнасці вызначаецца за суткі, дэкаду, месяц і да т.п. З дапамогай яго можна ахарактарызаваць, у прыватнасці, ступень выкарыстання ў працэсе вытворчасці працоўнага часу. Чым больш паказчык рытмічнасці, тым вытворчы цыкл шчыльней, а эканамічныя рэсурсы (галоўным чынам працоўны час) выдаткоўваюцца рацыянальней.