Ритмічність в біології - це ... Коефіцієнт ритмічності

Ритмічність в біології - це дуже цікаве явище. Безліч вчених сьогодні займається дослідженням цього феномена. Ритмічність в біології - це загальний процес, який стосується всіх живих організмів. У цьому ви переконаєтеся, прочитавши цю статтю.

Принцип єдності середовища і організму є одним з принципів сучасного природознавства. Всі живі організми, а також надорганізменних системи, складаючи єдність із середовищем, в якому вони мешкають, мають ритмічністю всіх своїх процесів. Життєдіяльність їх підпорядковується періодичним ритмам, які відображають реакції на ритми всьому Всесвіті в цілому (геофізичні, астрономічні), а також природи.

П.Я. Соколов, російський соціолог, зазначає, що весь тваринний і рослинний світ, а разом з ним і людина, невпинно і одвічно відчуває на собі впливу фізичного світу і відповідає ритмічними пульсуючими реакціями на биття світового пульсу.

Що таке біологічні ритми?

Розглянемо докладніше цікавить нас поняття. Біологічні ритми представляють собою періодично повторювані зміни характеру і інтенсивності біологічних явищ і процесів. Дані періодичні процеси мають широкий діапазон частот. Вони зустрічаються на кожному з рівнів організації живих систем. Чим біосистеми складніше, тим вона має більшу кількість біоритмів. Вони закріплені на генетичному рівні. Ритмічність в біології - це явище, яке дуже важливо для адаптації і природного відбору організмів.

Її наявність обумовлена синхронізацією біохімічних процесів. Оскільки живий організм є ієрархічну систему, йому необхідно співставляти функціонування її з синхронізацією різних підсистем і рівнів не тільки в часі, але також і в біологічному просторі.

У цій статті ви докладно дізнаєтеся про те, що таке ритмічність в біології. Прояви, властивості, приклади також будуть розглянуті нижче.

Хронобиология: виникнення і розвиток

Наука, яка вивчає біоритми, називається хронобіолог. Добре відомо ще з давніх часів, що пелюстки і листя рослин в залежності від часу доби здійснюють певні рухи. Карл Лінней ще в 1745 році винайшов "квітковий годинник" (На фото нижче), що дозволяють визначати час за розпускання і закриття квітів.

У першій половині 19 століття були проведені перші дослідження добових ритмів вже у людини, таких як температура тіла, частота сечовипускань і серцевих скорочень. У підручниках з фізіології цього періоду зустрічаються вказівки на існування ритмічних функцій, які є ендогенними, тобто виникають в самому організмі. У 1936 остаточно встановлений був ендогенний характер добових ритмів рослин і квітів. Для цього будь-які зовнішні впливи на них були виключені.

Інші віхи розвитку науки хронобиологии - відкриття орієнтації птахів і бджіл в польоті за сонцем, підтвердження наявності в людському організмі ендогенних ціркадіанних ритмів. Новий імпульс цій науці був дан в результаті досліджень космосу. Як і раніше головний інтерес вчених при вивченні біологічних ритмів представляє дослідження річних, місячних і добових ритмів.

Ритми фізіологічні і адаптивні

Виділяють наступні їх класифікації з точки зору взаємодії середовища і організму.

1. Ритми адаптивні (біоритми) - це коливання, що відбуваються з періодами, близькими до найважливіших геофізичних циклів. Їх роль полягає в адаптації різних організмів до змін зовнішнього середовища, які періодично відбуваються. Частота їх стабільна.
2. Ритми фізіологічні (робочі) - коливання, які відображають діяльність фізіологічних систем того чи іншого організму. Частота їх істотно варіюється і залежить від стану даного організму.

Ритми екзогенні та ендогенні

Ритми за природою виникнення поділяються на екзогенні та ендогенні. Екзогенні - реакція організму на зміни навколишнього середовища. Ендогенні виникають в результаті дії саморегулюючих процесів, що характеризуються запізнілої зворотним зв`язком. Вони схильні до при цьому впливів зовнішнього середовища, які можуть впливати на їх амплітуду, а також зрушувати фазу біоритмів.

Ритми за рівнями організації біосистеми і частоті

Ритми також діляться за рівнями організації тієї чи іншої біосистеми. Вони підрозділяються на біосферні, популяційні, організменние, органні і клітинні.

За частотою своєї вони бувають:

• ритмами високої частоти (від однієї частки секунди до 30 хвилин);
• середньої (від 30 хвилин до 28 годин);
• мезорітмамі (від 28 годин до 7 днів);
• макрорітмамі (від 20 днів до року);
• мегарітмамі (періодичність - десятки років).

природа біоритмів

Живий організм, згідно найпоширенішою гіпотезі, є незалежною колебательной системою, яка характеризується набором ритмів, внутрішньо пов`язаних. Цикли обміну речовин (катаболізм і метаболізм) відбуваються в клітинах безперервно. Це комплекси різних біохімічних реакцій - синтезу і розщеплення речовин. У клітинах внаслідок цього, відповідно до циклами метаболічними, безперервно відбуваються зміни концентрацій різних речовин (продуктів обміну, ферментів, матричної і транспортної РНК та ін.), Які беруть участь в біохімічних реакціях. Параметри внутрішнього середовища біосистем в результаті даних реакцій здійснюють безперервні коливання, відступаючи від середніх значень.

В живих організмах датчиками, які визначають характер і швидкість метаболічних процесів, є аллостерічеськіє гормони і модулятори, що підтримують ритмічність в біології. Це вони безперервно контролюють стан організму. А він прагне підтримати сталість (гомеостаз) внутрішнього середовища - рН, температури, осмотичного тиску, концентрації речовин і ін. Багато механізми задіяні в підтримці гомеостазу. Вони побудовані в основному за принципом зворотного зв`язку. Наприклад, надлишок в крові глюкози запускає механізм запасання цієї речовини (у вигляді глікогену). Навпаки, недолік її веде до посиленого розщеплення глікогену.

Відео: Heather Barnett: What humans can learn from semi-intelligent slime

Висновок з цього можна зробити наступний. В живих організмах жоден процес не відбувається безперервно. Він повинен неодмінно чергуватися з направленим протилежно: робота з відпочинком, вдих з видихом, синтез з розщепленням, неспання зі сном і т. Д. Стан живого організму, таким чином, не може бути статичним. Воно характеризується таким поняттям, як ритмічність. Визначення наявності цієї властивості живого організму можна провести навіть шляхом простого спостереження. Ви можете помітити, що деякі (а насправді все) його енергетичні та фізіологічні параметри знаходяться завжди в змозі здійснення коливань як по амплітуді, так і по частоті щодо середніх значень.

Такі коливання і є біоритми. За допомогою них живі організми забезпечують стійкість свого термодинамічної стану. Дозволяє успішно пристосуватися до навколишнього середовища, її циклічних змін саме ритмічність. Визначення цього явища ми приводили на початку статті.

Внутрішній годинник

Зовнішній датчик часу необов`язковий для синхронізації системи при високому ступені пов`язаності всіх її підсистем. У процесі розвитку організму вроджена програма впорядкованості функцій в часі модифікується, дозволяючи йому пристосовуватися до тимчасового профілю навколишнього середовища. Такий організм здатний "передбачати" час доби. Це дозволяє йому підключати заздалегідь різні Ефектори, які включаються в реакцію не відразу. Наприклад, температура тіла, а також вміст у плазмі кортикостероїдів при нормальному сні починають задовго до його закінчення підвищуватися. Тому пробудження часом відбувається раніше, ніж включається світло.

Наведемо й інші приклади ритмічності. Лише ті організми виживали в процесі природного відбору, які мали здатність не просто вловити в природних умовах різні зміни, але і налаштувати в такт зовнішніх коливань свій ритмічний апарат. Наприклад, тварини чергують ритми неспання і сну так, що це сприяє забезпеченню вигідних умов для видобутку їжі. У природі репродуктивні системи (періоди безпліддя і родючості) також пристосовані до умов середовища, що є найоптимальнішими для того, щоб виростити потомство. Багато птахів восени відлітають на південь. Це один із прикладів того, як проявляється ритмічність. Біологія знає і безліч інших прикладів. Так, впадають в сплячку деякі тварини. Це допомагає їм вижити, не дивлячись на те, що зовнішні природні умови бувають екстремальними.

добові біоритми

Добова ритмічність в біології - що це таке? Давайте розберемося. До добовим (циркадного) біоритмам відносяться такі явища і зміни характеру і інтенсивності біологічних процесів, періодичність повторення яких складає 24 ± 4 годин. Більшість фізіологічних і біохімічних процесів обміну речовин, руху, розвитку, зростання схильне цим ритмам, які обумовлені циркадного (добовим) ритмом зовнішнього середовища. Він, в свою чергу, пов`язаний з обертанням навколо своєї осі нашої планети. Приклади таких процесів: інтенсивність обміну речовин, коливання температури тіла, частота поділу клітин. Для всіх них характерна добова ритмічність.

Біологія - наука, що вивчає не тільки тварин, а й рослини. У останніх, зокрема, спостерігаються в нічний час ритмічні цикли опускання листя і закриття квіток. У денний час вони розкриваються. Ритми при цьому зберігаються навіть тоді, коли сонячне світло відсутня. Це підтвердив своїми дослідами С.Е. Шноль, російський біофізик. Він як приклад навів квасоля мера. Її листя піднімалися й опускалися вранці і ввечері, навіть якщо рослина перебувала в темній кімнаті. Воно наче відчувала час і внутрішніми фізіологічними годинами визначало його.

Відео: David Gallo: The deep oceans: a ribbon of life

Рослини зазвичай тривалість дня визначають по переходу з однієї форми в іншу пігменту фітохрому при зміні характеристик сонячного світла (його спектрального складу). Наприклад, сонце на заході має червоний колір тому, що червоне світло володіє найбільшою довжиною хвилі і менше, ніж синій, розсіюється. У сутінковому або західному світі багато інфрачервоного і червоного випромінювань. Це і сприймають рослини, проявляючи добову ритмічність.

Біологія - це наука, в якій на сьогоднішній день накопичений великий досвід спостережень за різними тваринами. Було встановлено, зокрема, що чергування періодів спокою і активності тварин (нічних і денних) також відноситься до добових ритмів. Для них є важливим визначення часу не абсолютне, а відносне. Їм потрібно знати, коли сонце зійде і сяде, оскільки денні істоти для пошуку їжі використовують світлу частину доби, а нічні - темну.

Наведемо приклад - розглянемо добовий ритм мешкає на узбережжі Атлантичного океану вабить краба. Він змінює своє забарвлення, проявляючи добову ритмічність. Біологія - це наука, яка, як і інші, виявляє закономірності. Для чого ж краб змінює своє забарвлення? Давайте розберемося.

Відео: How the heart actually pumps blood - Edmond Hui

Краб вранці світліший, але коли сонце все вище піднімається над горизонтом, він стає все темніше. Граючи захисну роль, пігмент оберігає вабить краба від палючих променів сонця. Якщо при цьому буває відлив, то йому допомагає більш темне забарвлення залишатися на прибережному піску непоміченим. А саме туди в пошуках їжі відправляється краб.

Добові ритми у людини

Близько 300 фізіологічних функцій, які мають добові ритми, спостерігається в людському організмі. Маса тіла, виходячи з циркадианной системи людини, максимальної є в 18-19 годин, частота дихання - в 13-16 годин, серцевих скорочень - в 15-16 годин, рівень в крові еритроцитів - в 11-12 годин, лейкоцитів - в 21 -23 години і т. д.

Психічні процеси прискорюються ввечері і сповільнюються вранці. На ритми психічних і фізіологічних функцій, в свою чергу, впливають зміни неспання і сну, спокою і активності. Від безлічі факторів залежать в період неспання параметри кривої працездатності: від рівня мотивації, прийому їжі, загальної обстановки, типу особистості і т. Д.

терміном "десинхроноз" позначають порушення в біологічної системі тимчасової упорядкованості ритмів. Вивчення його механізмів має велике значення в справі організації праці і відпочинку персоналу, при проведенні різних профілактичних заходів, спрямованих на охорону здоров`я. Десинхрозу, зокрема, спостерігається у осіб, які здійснили переліт на велику відстань (через 4-5 часових поясів), при зміні режиму роботи з денного на нічний, а також у космонавтів при здійсненні космічних польотів.

місячні біоритми

Ціркалунарние (місячні) біоритми - ритми, період яких складає в середньому 29,53 днів. Ці ритми в біології відповідають місячно-місячному циклу, тобто циклу фаз місяця.

На багато геофізичні процеси впливає періодичність обертання Місяця навколо нашої планети. Наприклад, змінюється освітленість вночі, температура, тиск повітря, магнітні поля Землі, напрямок вітру. Всі ці явища для ціркалунарних ритмів є тимчасовими покажчиками.

У морських організмів виявляються найбільш вражаючі приклади того, як ці ритми впливають на життєві процеси. Наприклад, морський черв`як Палоло, що мешкає на коралових рифах, в жовтні і листопаді, в заключну декаду місячного циклу і при цьому в певний час доби, відокремлює в воду свою задню частину, яка наповнена продуктами статевої системи. Це потрібно для продовження роду.

Місячні цикли періодів народжуваності і запліднення можуть бути не тільки синодичних (як в попередньому прикладі). Зустрічаються і сізігіческіе з інтервалом в 14,7 днів. Так, один вид риб, що мешкають на березі Каліфорнійської затоки, в повний місяць і молодик (під час припливу) відкладає на пляж ікру. Вона розвивається протягом 14 днів на березі і в воду потрапляє з наступним припливом.

Місячне світло, про що ми вже згадували, обумовлює відмінності освітленості в нічний час. Це сприяє тому, що активність тварин, які ведуть вечірній або нічний спосіб життя, змінюється. Навіть якщо виключити вплив місячного світла в лабораторії, періодичність ціркалунарних процесів зберігається. Вона може обумовлюватися іншими факторами, пов`язаними з місячним циклом. Наприклад, це коливання магнітного поля нашої планети.

Місячний цикл впливає також на ріст рослин. Це можна показати на прикладі коливань врожайності редису, картоплі та бобових. Вже довгий час використовуються місячні календарі, які допомагають визначити оптимальний час для агротехнічних заходів і посадки рослин.

річні біоритми

Цірканнуальние (річні) біоритми в біології мають період коливання, що становить 1 рік ± 2 місяці. Вони пов`язані з обертанням навколо Сонця нашої планети.

Спостерігаються ці ритми у всіх організмів, від тропічної до полярної зони. Виразність їх наростає в міру того, як збільшується географічна широта. Аналіз ритмічності дозволив вченим зробити висновок про те, що у організмів, що населяють полярні і помірні зони, в яких найбільш помітні сезонні відмінності, вона проявляється чітко. Основу річних біоритмів складають, по-перше, пристосувальні реакції, що виникають у відповідь на зміну найважливіших параметрів навколишнього середовища (водного режиму, кількісного і якісного складу їжі, температури).

По-друге, її складає реакція організму на сигнальні фактори середовища (наприклад, зміни напруженості геомагнітного поля, фотоперіоду, поява певних хімічних компонентів). Виявляються річні біоритми, наприклад, в явищах кочівель, міграцій, літньої і зимової сплячки, репродуктивних процесах і т. Д.

Багатьом тваринам зимова сплячка допомагає пережити несприятливий період. Дивно точно звірі визначають час для неї. Ведмідь, наприклад, в свою барліг укладається завжди напередодні снігопаду. І він спить після цього до квітня, поки температура не складе 12 ° С (тобто 5,5 місяців). В цей час він існує за рахунок жиру, накопиченого з осені. Його запас становить практично третину всієї маси тіла тварини. Температура тіла ведмедя під час сплячки знижується приблизно на 10 ° С, в 3 рази зменшується частота його дихання. Це допомагає економити життєві ресурси, накопичені в теплу пору. Так проявляється ритмічність організму ведмедя. Якщо порушився ритм, і звір не заліг в барліг з якихось причин або раптом в середині зими прокинувся, він майже приречений на загибель. Шатуна буде долати безліч паразитів, які в слабшає організмі, який страждає від голоду, бурхливо розвиваються.

Отже, численні приклади ритмічності були представлені в цій статті. Вони підтверджують, що це загальне явище в тваринному світі. Біоритми, більш того, є визначальним фактором існування живих організмів. Принцип ритмічності зустрічається на всіх рівнях організації біосистем. Він служить для того, щоб адаптувати організм для кращого функціонування в навколишньому середовищі.

коефіцієнт

Отже, ми розглянули ритмічність в біології, що це таке, ви тепер знаєте. Однак нас цікавить поняття зустрічається не тільки в цій науці. Зокрема, економісти дійшли висновку про те, що вона спостерігається і у виробничій сфері. Зробивши це відкриття, вони ввели поняття "коефіцієнтритмічності". Він завжди прагне до одиниці. Як правило, коефіцієнт ритмічності визначається за добу, декаду, місяць і т.п. За допомогою нього можна охарактеризувати, зокрема, ступінь використання в процесі виробництва робочого часу. Чим більше показник ритмічності, тим виробничий цикл щільніше, а економічні ресурси (головним чином робочий час) витрачаються раціональніше.