Хронобиология

Хронобиология (от др.-греч. χρόνος — «время») — область науки, которая исследует периодические (циклические) феномены, протекающие у живых организмов во времени, и их адаптацию к солнечным и лунным ритмам. Эти циклы именуют биологические ритмы (БР).

Хронобиологические исследования включают, но не ограничиваются ими, работы в области сравнительной анатомии, физиологии, генетики, молекулярной биологии и биологии поведения организмов. Другие аспекты включают исследование развития, воспроизведения, экологии и эволюции видов. (См. также: «супрахиазматическое ядро», мелатонин, светотерапия и др.).

Описание

Синхронизация уровня и длительности биологической активности с внешними факторами у живых организмов происходят при многих существенных биологических процессах. Это происходит

• у животных (еда, сон, спаривание, зимовка, миграция, клеточная регенерация, и т. д.),
• у растений (движения листа, фотосинтез и т. д.).

Наиболее важный ритм в хронобиологии — суточный ритм, примерно 24-часовой цикл физиологических процессов у растений и животных. (Слово «циркадный» приходит из латыни, — «circa» означает «около», «примерно», и «dies» — «день», «сутки», то есть «циркадианный» или «циркадный» — это «околосуточный»).

Есть и другие важные циклы:

• инфрадианные, более долгосрочные, такие как ежегодные циклы миграции или воспроизводства, выявленные у некоторых животных, или человеческий менструальный цикл.
• ультрадианные ритмы, краткие циклы, такие как 90-минутный цикл REM-сна у людей, 4-часовой назальный цикл или 3-часовой цикл продуцирования гормона роста.

Периодические ритмы, обычно наблюдаемые у морских животных, часто следуют (примерно) 12-часовому переходу от прилива к отливу и обратно.

История

Циркадный ритм был первоначально обнаружен в XVIII веке в движении листьев растения французским ученым Жаном-Жаком де Мераном (для просмотра описаний суточных ритмов растений см. — de Mairan, Карл Линней и Дарвин). В 1751 шведский ботаник и натуралист Карл Линней сконструировал даже настоящие биологические часы, используя некоторые суточные виды цветущих растений. Упорядочивая растения в круговом паттерне, он сконструировал биологические часы, которые самым натуральным образом показывали время дня, в зависимости от того, чьи цветки были открыты и чьи закрыты. Например, он обнаружил, что растение «hawk’s beard» («ястребиная бородка») открывает свои цветки в 6:30 утра, тогда как другой вид кульбаба не открывает свои цветки до 7 часов.

В 1860-е годы президент Русского энтомологического общества Карл Эрнст фон Бэр написал о биологическом времени и его различии у различных видов животных. Его подход был далее развит и экспериментально изучен Якобом фон Икскюль.

В 1924 году Александр Чижевский, выпускник медицинского факультета МГУ, опубликовал междисциплинарные работы: [www.humanities.edu.ru/db/msg/49653 «Физические факторы исторического процесса»] и «Эпидемиологические катастрофы и периодическая активность Солнца», в которых он описал циклы у живых организмов в связи с солнечным циклом и циклом лунных фаз. Чижевский развил новую дисциплину, гелиобиологию, как подраздел астробиологии. В 1939 он был избран Почётным президентом Международного Конгресса по биологической физике и космической биологии, после публикации в 1936 году его работы «Земное эхо солнечных штормов» (366 стр., 1976, Москва) (Впервые опубликована в 1936 на русском языке: «[www.astrologer.ru/book/rare/Chizhevsky.exe Земное эхо солнечных бурь]», полный текст). Однако, вскоре он был арестован и сослан в Сибирь во время сталинских репрессий. Его публикации были подвергнуты цензуре, и его исследования 1930-х годов по крови и электромагнитным параметрам эритроцитов в связи с циклами человеческой циркадианной системы были запрещены; они были опубликованы в 1973 году, 40 лет спустя. Его публикация 1928 года «Влияние космоса на психозы человека» была подвергнута цензуре в Советском Союзе, хотя и в 2003 году на эту работу продолжали ссылаться в «Journal of Circadian Rhythms».

Как представляется, именно на симпозиуме 1960 года в Cold Spring Harbor Laboratory наступил момент, когда исследователи из различных областей науки обнаружили, что они все изучали одни и те же феномены. Тогда и было положено начало хронобиологии как современной науке.

Также в 1960 годе Patricia DeCoursey изобрела кривую фазной реакции, главной инструмент, используемой в этой области.

В 1960-е годы Мишель Сифр проводит серию экспериментов с многомесячным одиночным заточением людей в пещере, без информации об астрономическом времени. Эксперименты показывают сохранение 24-часового суточного цикла, с последующим переходом на 48-часовой.

Франц Халберг из Миннесотского университета ввел термин «циркадианный», и его часто именуют «отцом американской хронобиологии». Руководителем «Общества исследований биологических ритмов» в 1970-е годы стал Колин Питендрих, занимавшийся больше эволюционными и экологическими аспектами, в то время как Халберг делал больший акцент на человеческие и медицинские аспекты. Питендрих как руководитель и члены Общества сделали основополагающие исследования на всех типах организмов и растений, и животных. Позже было трудно получить финансирование для подобных исследований на каких-либо других организмах, кроме мышей, крыс и человека, а также дрозофил.

Позже светолечение и значение мелатонина были исследованы Альфредом Льюи из Орегонского медицинско-научного университета (Oregon Health & Science University) и другими исследователями как средства для перенастройки заново суточных ритмов животных и человека.

Человек может иметь утренний тип («жаворонки») или вечерний («совы»); эти типы называют хронотипами. Для них есть различная оценочная техника и биологические маркеры.

Во второй половине XX века существенный вклад был сделан Юргеном Ашоффом и Колин Питендрих, которые выполнили различные, но дополняющие друг друга исследования относительно феномена захвата циркадианной системой света (параметрический, непрерывный, тонический, постепенный по сравнению с непараметрические, дискретный, фазный, мгновенный, соответственно).

Есть также пищевые биологические часы, которые не ограничены супрахиазматическим ядром. Оно находится в мозге, возможно в дорсомедиальном ядре гипоталамуса. Работа с мышами, Fuller и соавторы сделали вывод, что с определенного времени биологические часы, как представляется, индуцируют пищевые ограничения. Это говорит о контроле подобных функций как синхронизации активности, повышая шансы для животного успешно определять местонахождение пищевых ресурсов.

Достижения хронобиологии

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

1. БР обнаружены на всех уровнях организации живой природы. Биоритмика — одно из наиболее общих свойств живых систем.
2. БР признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.
3. БР, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующим фактором внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности.
4. Сформулированы положения о временной организации живых систем, в том числе — человека — одним из основных принципов биологической организации. Развитие этих положений очень важно для анализа патологических состояний живых систем.
5. Обнаружены БР чувствительности организмов к действию факторов химической и физической природы. Хронофармакология — способы применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни.
6. Закономерности БР учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний.

Другие области

Хронобиология — междисциплинарная область исследований. Она взаимодействует с медициной (см. хрономедицина) и другими областями науки. См. нарушение ритмов организма, расстройства сна, эндокринология, гериатрия, спортивная медицина, космическая медицина и фотопериодизм.

«Теория биоритмов», которая якобы описывает ряд циклических изменений человеческой формы поведения, основанные на физиологических и эмоциональных циклах, не является частью хронобиологии.

Литература

• Hastings, Michael, «[bmj.bmjjournals.com/cgi/content/full/317/7174/1704 The brain, circadian rhythms, and clock genes]». Clinical review. BMJ 1998; 317:1704-1707, 19 December.
• U.S. Congress, Office of Technology Assessment, «[www.wws.princeton.edu/cgi-bin/byteserv.prl/~ota/disk1/1991/9108_n.html Biological Rhythms: Implications for the Worker]». U.S. Government Printing Office, September 1991. Washington, DC. OTA-BA-463. NTIS PB92-117589
• Ashikari, M., Higuchi, S., Ishikawa, F., and Tsunetsugu, Y., «[www.cam.ac.uk/societies/cujif/abstract/020825.htm Interdisciplinary Symposium on 'Human Beings and Environments': Approaches from Biological Anthropology, Social Anthropology and Developmental Psychology]». Sunday, 25 August 2002
• «Biorhythm experiment management plan», NASA, Ames Research Center. Moffett Field, 1983.
• «Biological Rhythms and Human Adaptation to the Environment». US Army Medical Research and Materiel Command (AMRMC), US Army Research Institute of Environmental Medicine.
• Ebert, D., K.P. Ebmeier, T. Rechlin, and W.P. Kaschka, «Biological Rhythms and Behavior», Advances in Biological Psychiatry.
• Horne, J.A. (Jim) & Östberg, Olov (1976). A Self-Assessment Questionnaire to determine Morningness-Eveningness in Human Circadian Rhythms. International Journal of Chronobiology, 4, 97-110.

Прочие источники

• [www.msi.umn.edu/~halberg Halberg Chronobiology Laboratory] at the University of Minnesota, founded by Franz Halberg, the «Father of Chronobiology»
• [univertv.ru/video/biology/obwaya_biologiya/biohimiya/biohimiya_cikl_lekcij_professora_shnolya_s_e/biologicheskie_chasy/?mark=univer Лекция профессора Шноль С. Э. Биологические часы]
• The University of Virginia offers an [web.archive.org/web/20030602130556/www.cbt.virginia.edu/tutorial/TUTORIALMAIN.html online tutorial] on chronobiology.
• See the Science Museum of Virginia publication [www.smv.org/jil/mll/ktwo/MLLK-2TL-CA-canpla.pdf Can plants tell time? ]
• The [www.manchester.ac.uk/ University of Manchester] has an informative [cal.man.ac.uk/student_projects/1999/sanders/home.htm Biological Clock Web Site]
• [www.cyclesresearchinstitute.org Cycles Research Institute] includes an article on Chizhevsky.
• [www.science-center.net/cbc/index_e.php VII International Crimean Conference «Cosmos and Biosphere», October 1-6, 2007, Sudak, Ukraine]
• [www.psych.uni-goettingen.de/home/ertel/ertel-dir/myresearch/1retrospect/ S Ertel’s analysis of Chizhevsky’s work]
• [lenta.ru/news/2009/09/25/butterflies/ В антеннах бабочек нашли часы]
• Чижевский А. Л., Шишина Ю. Г. В ритме Солнца. М., 1969.

Отрывок, характеризующий Хронобиология

– Право брось, – сказал Долохов. – Я тебе дело говорю. Разве это шутка, что ты затеял?
– Ну, опять, опять дразнить? Пошел к чорту! А?… – сморщившись сказал Анатоль. – Право не до твоих дурацких шуток. – И он ушел из комнаты.
Долохов презрительно и снисходительно улыбался, когда Анатоль вышел.
– Ты постой, – сказал он вслед Анатолю, – я не шучу, я дело говорю, поди, поди сюда.
Анатоль опять вошел в комнату и, стараясь сосредоточить внимание, смотрел на Долохова, очевидно невольно покоряясь ему.
– Ты меня слушай, я тебе последний раз говорю. Что мне с тобой шутить? Разве я тебе перечил? Кто тебе всё устроил, кто попа нашел, кто паспорт взял, кто денег достал? Всё я.
– Ну и спасибо тебе. Ты думаешь я тебе не благодарен? – Анатоль вздохнул и обнял Долохова.
– Я тебе помогал, но всё же я тебе должен правду сказать: дело опасное и, если разобрать, глупое. Ну, ты ее увезешь, хорошо. Разве это так оставят? Узнается дело, что ты женат. Ведь тебя под уголовный суд подведут…
– Ах! глупости, глупости! – опять сморщившись заговорил Анатоль. – Ведь я тебе толковал. А? – И Анатоль с тем особенным пристрастием (которое бывает у людей тупых) к умозаключению, до которого они дойдут своим умом, повторил то рассуждение, которое он раз сто повторял Долохову. – Ведь я тебе толковал, я решил: ежели этот брак будет недействителен, – cказал он, загибая палец, – значит я не отвечаю; ну а ежели действителен, всё равно: за границей никто этого не будет знать, ну ведь так? И не говори, не говори, не говори!
– Право, брось! Ты только себя свяжешь…
– Убирайся к чорту, – сказал Анатоль и, взявшись за волосы, вышел в другую комнату и тотчас же вернулся и с ногами сел на кресло близко перед Долоховым. – Это чорт знает что такое! А? Ты посмотри, как бьется! – Он взял руку Долохова и приложил к своему сердцу. – Ah! quel pied, mon cher, quel regard! Une deesse!! [О! Какая ножка, мой друг, какой взгляд! Богиня!!] A?
Долохов, холодно улыбаясь и блестя своими красивыми, наглыми глазами, смотрел на него, видимо желая еще повеселиться над ним.
– Ну деньги выйдут, тогда что?
– Тогда что? А? – повторил Анатоль с искренним недоумением перед мыслью о будущем. – Тогда что? Там я не знаю что… Ну что глупости говорить! – Он посмотрел на часы. – Пора!
Анатоль пошел в заднюю комнату.
– Ну скоро ли вы? Копаетесь тут! – крикнул он на слуг.
Долохов убрал деньги и крикнув человека, чтобы велеть подать поесть и выпить на дорогу, вошел в ту комнату, где сидели Хвостиков и Макарин.
Анатоль в кабинете лежал, облокотившись на руку, на диване, задумчиво улыбался и что то нежно про себя шептал своим красивым ртом.
– Иди, съешь что нибудь. Ну выпей! – кричал ему из другой комнаты Долохов.
– Не хочу! – ответил Анатоль, всё продолжая улыбаться.
– Иди, Балага приехал.
Анатоль встал и вошел в столовую. Балага был известный троечный ямщик, уже лет шесть знавший Долохова и Анатоля, и служивший им своими тройками. Не раз он, когда полк Анатоля стоял в Твери, с вечера увозил его из Твери, к рассвету доставлял в Москву и увозил на другой день ночью. Не раз он увозил Долохова от погони, не раз он по городу катал их с цыганами и дамочками, как называл Балага. Не раз он с их работой давил по Москве народ и извозчиков, и всегда его выручали его господа, как он называл их. Не одну лошадь он загнал под ними. Не раз он был бит ими, не раз напаивали они его шампанским и мадерой, которую он любил, и не одну штуку он знал за каждым из них, которая обыкновенному человеку давно бы заслужила Сибирь. В кутежах своих они часто зазывали Балагу, заставляли его пить и плясать у цыган, и не одна тысяча их денег перешла через его руки. Служа им, он двадцать раз в году рисковал и своей жизнью и своей шкурой, и на их работе переморил больше лошадей, чем они ему переплатили денег. Но он любил их, любил эту безумную езду, по восемнадцати верст в час, любил перекувырнуть извозчика и раздавить пешехода по Москве, и во весь скок пролететь по московским улицам. Он любил слышать за собой этот дикий крик пьяных голосов: «пошел! пошел!» тогда как уж и так нельзя было ехать шибче; любил вытянуть больно по шее мужика, который и так ни жив, ни мертв сторонился от него. «Настоящие господа!» думал он.
Анатоль и Долохов тоже любили Балагу за его мастерство езды и за то, что он любил то же, что и они. С другими Балага рядился, брал по двадцати пяти рублей за двухчасовое катанье и с другими только изредка ездил сам, а больше посылал своих молодцов. Но с своими господами, как он называл их, он всегда ехал сам и никогда ничего не требовал за свою работу. Только узнав через камердинеров время, когда были деньги, он раз в несколько месяцев приходил поутру, трезвый и, низко кланяясь, просил выручить его. Его всегда сажали господа.
– Уж вы меня вызвольте, батюшка Федор Иваныч или ваше сиятельство, – говорил он. – Обезлошадничал вовсе, на ярманку ехать уж ссудите, что можете.
И Анатоль и Долохов, когда бывали в деньгах, давали ему по тысяче и по две рублей.
Балага был русый, с красным лицом и в особенности красной, толстой шеей, приземистый, курносый мужик, лет двадцати семи, с блестящими маленькими глазами и маленькой бородкой. Он был одет в тонком синем кафтане на шелковой подкладке, надетом на полушубке.
Он перекрестился на передний угол и подошел к Долохову, протягивая черную, небольшую руку.
– Федору Ивановичу! – сказал он, кланяясь.
– Здорово, брат. – Ну вот и он.
– Здравствуй, ваше сиятельство, – сказал он входившему Анатолю и тоже протянул руку.
– Я тебе говорю, Балага, – сказал Анатоль, кладя ему руки на плечи, – любишь ты меня или нет? А? Теперь службу сослужи… На каких приехал? А?
– Как посол приказал, на ваших на зверьях, – сказал Балага.
– Ну, слышишь, Балага! Зарежь всю тройку, а чтобы в три часа приехать. А?
– Как зарежешь, на чем поедем? – сказал Балага, подмигивая.
– Ну, я тебе морду разобью, ты не шути! – вдруг, выкатив глаза, крикнул Анатоль.
– Что ж шутить, – посмеиваясь сказал ямщик. – Разве я для своих господ пожалею? Что мочи скакать будет лошадям, то и ехать будем.
– А! – сказал Анатоль. – Ну садись.
– Что ж, садись! – сказал Долохов.
– Постою, Федор Иванович.
– Садись, врешь, пей, – сказал Анатоль и налил ему большой стакан мадеры. Глаза ямщика засветились на вино. Отказываясь для приличия, он выпил и отерся шелковым красным платком, который лежал у него в шапке.
– Что ж, когда ехать то, ваше сиятельство?
– Да вот… (Анатоль посмотрел на часы) сейчас и ехать. Смотри же, Балага. А? Поспеешь?
– Да как выезд – счастлив ли будет, а то отчего же не поспеть? – сказал Балага. – Доставляли же в Тверь, в семь часов поспевали. Помнишь небось, ваше сиятельство.
– Ты знаешь ли, на Рожество из Твери я раз ехал, – сказал Анатоль с улыбкой воспоминания, обращаясь к Макарину, который во все глаза умиленно смотрел на Курагина. – Ты веришь ли, Макарка, что дух захватывало, как мы летели. Въехали в обоз, через два воза перескочили. А?
– Уж лошади ж были! – продолжал рассказ Балага. – Я тогда молодых пристяжных к каурому запрег, – обратился он к Долохову, – так веришь ли, Федор Иваныч, 60 верст звери летели; держать нельзя, руки закоченели, мороз был. Бросил вожжи, держи, мол, ваше сиятельство, сам, так в сани и повалился. Так ведь не то что погонять, до места держать нельзя. В три часа донесли черти. Издохла левая только.


Анатоль вышел из комнаты и через несколько минут вернулся в подпоясанной серебряным ремнем шубке и собольей шапке, молодцовато надетой на бекрень и очень шедшей к его красивому лицу. Поглядевшись в зеркало и в той самой позе, которую он взял перед зеркалом, став перед Долоховым, он взял стакан вина.
– Ну, Федя, прощай, спасибо за всё, прощай, – сказал Анатоль. – Ну, товарищи, друзья… он задумался… – молодости… моей, прощайте, – обратился он к Макарину и другим.
Несмотря на то, что все они ехали с ним, Анатоль видимо хотел сделать что то трогательное и торжественное из этого обращения к товарищам. Он говорил медленным, громким голосом и выставив грудь покачивал одной ногой. – Все возьмите стаканы; и ты, Балага. Ну, товарищи, друзья молодости моей, покутили мы, пожили, покутили. А? Теперь, когда свидимся? за границу уеду. Пожили, прощай, ребята. За здоровье! Ура!.. – сказал он, выпил свой стакан и хлопнул его об землю.
– Будь здоров, – сказал Балага, тоже выпив свой стакан и обтираясь платком. Макарин со слезами на глазах обнимал Анатоля. – Эх, князь, уж как грустно мне с тобой расстаться, – проговорил он.
– Ехать, ехать! – закричал Анатоль.
Балага было пошел из комнаты.
– Нет, стой, – сказал Анатоль. – Затвори двери, сесть надо. Вот так. – Затворили двери, и все сели.
– Ну, теперь марш, ребята! – сказал Анатоль вставая.
Лакей Joseph подал Анатолю сумку и саблю, и все вышли в переднюю.
– А шуба где? – сказал Долохов. – Эй, Игнатка! Поди к Матрене Матвеевне, спроси шубу, салоп соболий. Я слыхал, как увозят, – сказал Долохов, подмигнув. – Ведь она выскочит ни жива, ни мертва, в чем дома сидела; чуть замешкаешься, тут и слезы, и папаша, и мамаша, и сейчас озябла и назад, – а ты в шубу принимай сразу и неси в сани.
Лакей принес женский лисий салоп.
– Дурак, я тебе сказал соболий. Эй, Матрешка, соболий! – крикнул он так, что далеко по комнатам раздался его голос.
Красивая, худая и бледная цыганка, с блестящими, черными глазами и с черными, курчавыми сизого отлива волосами, в красной шали, выбежала с собольим салопом на руке.
– Что ж, мне не жаль, ты возьми, – сказала она, видимо робея перед своим господином и жалея салопа.
Долохов, не отвечая ей, взял шубу, накинул ее на Матрешу и закутал ее.
– Вот так, – сказал Долохов. – И потом вот так, – сказал он, и поднял ей около головы воротник, оставляя его только перед лицом немного открытым. – Потом вот так, видишь? – и он придвинул голову Анатоля к отверстию, оставленному воротником, из которого виднелась блестящая улыбка Матреши.
– Ну прощай, Матреша, – сказал Анатоль, целуя ее. – Эх, кончена моя гульба здесь! Стешке кланяйся. Ну, прощай! Прощай, Матреша; ты мне пожелай счастья.
– Ну, дай то вам Бог, князь, счастья большого, – сказала Матреша, с своим цыганским акцентом.
У крыльца стояли две тройки, двое молодцов ямщиков держали их. Балага сел на переднюю тройку, и, высоко поднимая локти, неторопливо разобрал вожжи. Анатоль и Долохов сели к нему. Макарин, Хвостиков и лакей сели в другую тройку.
– Готовы, что ль? – спросил Балага.
– Пущай! – крикнул он, заматывая вокруг рук вожжи, и тройка понесла бить вниз по Никитскому бульвару.
– Тпрру! Поди, эй!… Тпрру, – только слышался крик Балаги и молодца, сидевшего на козлах. На Арбатской площади тройка зацепила карету, что то затрещало, послышался крик, и тройка полетела по Арбату.
Дав два конца по Подновинскому Балага стал сдерживать и, вернувшись назад, остановил лошадей у перекрестка Старой Конюшенной.
Молодец соскочил держать под уздцы лошадей, Анатоль с Долоховым пошли по тротуару. Подходя к воротам, Долохов свистнул. Свисток отозвался ему и вслед за тем выбежала горничная.
– На двор войдите, а то видно, сейчас выйдет, – сказала она.
Долохов остался у ворот. Анатоль вошел за горничной на двор, поворотил за угол и вбежал на крыльцо.
Гаврило, огромный выездной лакей Марьи Дмитриевны, встретил Анатоля.
– К барыне пожалуйте, – басом сказал лакей, загораживая дорогу от двери.