Значение биологических ритмов

Биологические ритмы представляют собой периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.

Многие формы поведения повторяются с регулярными интервалами и служат одним из проявлений биологических ритмов. Хорошо известны такие примеры, как периоды ухаживания и гнездования у птиц весной и перелеты определенных видов осенью. Интервалы между периодами активности могут варьировать в пределах от нескольких минут до нескольких лет в зависимости от характера активности и вида животного. Например, многощетинковый червь пескожие, каждые 6-7 минут совершает движения, связанные с питанием. Этот цикл питания не имеет никаких внешних или внутренних физиологических мотивационных стимулов. Он регулируется «биологическими часами» - механизмом, который в данном случае зависит от водителя ритма (пейсмейкера), находящегося в глотке, откуда стимулы распространяются вдоль тела червя по брюшной нервной цепочке.

Ритмы, задаваемые внутренними «часами» или водителями ритма, называются эндогенными в отличие от экзогенных, которые регулируются внешними признаками. Экзогенные ритмы возникают как реакция на периодические изменения среды (смену дня и ночи, сезонов, солнечной активности). Эндогенные ритмы генерируются самим организмом. Ритмичность имеют процессы синтеза ДНК, РНК и белков, работа ферментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдвигать фазы этих ритмов и менять их амплитуду.

Во многих случаях главным внешним фактором, регулирующим ритмическую активность, служит фотопериод, т.е. продолжительность светового дня. Это единственный фактор, который может быть надежным показателем времени года.

Влияние фотопериода широко исследовалось в связи с поведением млекопитающих, птиц и насекомых. Хотя он, несомненно, играет важную роль в контроле таких видов активности, как подготовка к зимней спячке у млекопитающих, перелеты у птиц, это не единственный внешний фактор, регулирующий биологические ритмы. У некоторых животных существуют лунные ритмы, как, например, у многощетинкового червя выделяет яйца и сперму ежегодно одни день, приуроченный к определенный фазе луны (в среднем около 2 ноября)

3 Суточные, циркадные, лунные ритмы.

Хорошо известна связь приливов с лунными циклами, и было показано, что эти два внешних фактора определяют периодическую активность комара Clunio maritimus. Личинки этого насекомого питается красными водорослями, растущими на нижней границе отлива, которая не бывает покрыта водой только два раза в каждый лунный месяц. В естественных условиях выступление личинок, спаривание взрослых особей и обкладка яиц происходят в течение всего лишь двух часов (это весь период жизни насекомого), пока водоросли вновь не накроет приливная волна. В лабораторных условиях при постоянном фотопериоде (12 ч света и 12 ч темноты) личинки продолжали вылупляться с примерно 15-дневными интервалами; это указывало на существование эндогенных часов, запрограммированных на приблизительно половинный лунный цикл, совпадающий с 14,8 – дневным циклом приливов и отливов.

Поведение многих насекомых, ведущих полностью наземный образ жизни, контролируется, эндогенными ритмами, связанными с чередованием света и темноты. Например, плодовая мушка дрозофила выводится из куколки на рассвете, а тараканы становятся наиболее активными с наступлением темноты и перед рассветом. Эти регуляторные биологические ритмы с периодом около 24 ч называются циркадными (ciria –около, dies –день) или околосуточными ритмами.

Предполагают, что цикадные ритмы имеют многообразное адаптивное значение, специфичное для каждого вида и, в частности, связанное с ориентацией. Такие животные, как рыбы, черепахи, птицы и некоторые насекомые, мигрирующие на большие расстояние, используют в качестве компаса солнце и звезды. Другие животные (пчелы, муравьи и рачки –бокоплавы) ориентируются по солнцу при поисках пищи и при возвращении домой. Ориентация по солнцу или луне надежна только в том случае, если животные способно каким-то образом определять время, чтобы учитывать суточные перемещения солнца и луны. Примером ситуации, когда присущий человеку физиологический циркадианный ритм отклоняется от естественного чередования дня и ночи, может служить «сдвиг фаз», с которым всё чаще приходится сталкиваться пассажирам дальних авиалиний