Rytmicita v biologii je ... Koeficient rytmu

Rytmicita v biologii je velmi zajímavý fenomén. Mnoho vědců nyní studuje tento jev. Rytmicita v biologii je univerzální proces zahrnující všechny živé organismy. Po přečtení tohoto článku budete přesvědčeni.

Princip jednoty životního prostředí a organismu je jedním ze zásad moderní přírodovědy. Všechny živé organismy, stejně jako superorganismy, které tvoří jednotu s prostředím, ve kterém žijí, mají rytmus všech svých procesů. Jejich životní aktivity podléhají periodickým rytmům, které odrážejí reakce na rytmy celého vesmíru (geofyzikální, astronomické) i přírody.

P.Ya. Sokolov, ruský sociolog, poznamenává, že celý živočišný a rostlinný svět a s ním člověk neustále a věčně prožívá účinky fyzického světa a reaguje na rytmické pulzující reakce na puls světového pulsu.

Co jsou biologické rytmy?

Vezměme podrobnější pojem zájmu. Biologické rytmy jsou pravidelně se opakujícími změnami v povaze a intenzitě biologických jevů a procesů. Tyto periodické procesy jsou široké frekvenční rozsah. Vyskytují se na každém z nich životní úrovně systémy. Čím složitější je biosystém, tím více má biorytmus. Jsou fixovány na genetické úrovni. Rytmicita v biologii je fenomén, který je velmi důležitý pro přizpůsobení a přirozený výběr organismů.

Jeho přítomnost je důsledkem synchronizace biochemických procesů. Protože živý organismus je hierarchický systém, musí vyvážit jeho fungování se synchronizací různých podsystémů a úrovní nejen v čase, ale iv biologickém prostoru.

V tomto článku se dozvíte podrobně o tom, co je rytmus v biologii. Ukázky, vlastnosti, příklady budou také zvažovány níže.

Chronobiologie: vznik a vývoj

Věda, která studuje biorytmy, se nazývá chronobiologie. Od starověku je dobře známo, že okvětní lístky a listy rostlin, v závislosti na denní době, dělají určité pohyby. Carl Linnaeus v roce 1745 vynalezl "květinové hodiny" (zobrazené níže), které vám umožňují určit čas pro otevírání a zavírání květin.

V první polovině 19. století byly již u lidí prováděny první studie cirkadiánních rytmů, jako je teplota těla, frekvence močení a srdeční tep. V učebnicích o fyziologii tohoto období existují náznaky existence rytmických funkcí, které jsou endogenní, tj. Vznikají v těle samotném. V roce 1936 byl konečně zaveden endogenní charakter každodenních rytmů rostlin a květin. K tomu byly vyloučeny jakékoliv vnější vlivy.

Dalším milníkem ve vývoji vědy chronobiologie - otevření orientace ptáků a včel v letu na slunci, potvrzení o existenci lidského těla endogenních cirkadiánních rytmů. Nový impuls k této vědě byl dán v důsledku průzkumu vesmíru. Stejně jako předtím je hlavním zájmem vědců ve studiu biologických rytmů studium ročních, měsíčních a denních rytmů.

Fyziologické a adaptivní rytmy

Jde o jejich klasifikaci z hlediska interakce mezi prostředím a organismem.

1. Adaptivní rytmy (biorytmy) jsou kmity, které se vyskytují v obdobích blízkých nejdůležitějším geofyzikálním cyklům. Jejich úkolem je přizpůsobit různé organismy změnám ve vnějším prostředí, které se pravidelně vyskytují. Jejich frekvence je stabilní.
2. Fyziologické (pracovní) rytmy - fluktuace, které odrážejí činnost fyziologických systémů tohoto nebo tohoto organismu. Jejich četnost se značně liší a závisí na stavu daného organismu.

Rytmy exogenní a endogenní

Rytmy povahy původu jsou rozděleny na exogenní a endogenní. Exogenní - reakce organismu na změny životního prostředí. Endogenní vznikají v důsledku působení samoregulačních procesů charakterizovaných zpožděnou zpětnou vazbou. Jsou vystaveny vnějším vlivům, které mohou ovlivnit jejich amplitudu a také posunout fázi biorytmů.

Rytmy podle úrovně organizace biosystému a frekvence

Rytmy jsou také rozděleny podle úrovní organizace konkrétního biosystému. Jsou rozděleny na biosféru, populaci, organismu, orgán a buňku.

Podle jejich četnosti jsou:

• rytmy s vysokou frekvencí (od jedné frakce sekundy do 30 minut);
• průměr (od 30 minut do 28 hodin);
• mesorytmy (od 28 hodin do 7 dnů);
• makro rytmy (od 20 dní do roku);
• megarhtms (periodicita - desítky let).

Povaha biorytmů

Živý organismus je podle nejběžnějších hypotéz nezávislý oscilační systém, charakterizovaný sadou rytmů, které jsou vnitřně příbuzné. Cykly metabolismu (katabolismus a metabolismus) se v buňkách vyskytují nepřetržitě. Jsou to komplexy různých biochemických reakcí - syntéza a štěpení látek. V buňkách se tedy v souladu s metabolickými cykly kontinuálně mění koncentrace různých látek (metabolické produkty, enzymy, matrice a transportní RNA atd.), Které se podílejí na biochemických reakcích. Parametry vnitřního prostředí biosystémů jako výsledek těchto reakcí provádějí kontinuální kolísání odchylující od středních hodnot.

V živých organismech jsou senzory, které určují povahu a rychlost metabolických procesů, alosterické hormony a modulátory, které podporují rytmus v biologii. Tím průběžně monitorují stav těla. A snaží se udržet stálost (homeostasis) vnitřního prostředí - pH, teplotu, osmotický tlak, koncentraci látek atd. Mnoho mechanismů se podílí na udržení homeostázy. Jsou postaveny především na principu zpětné vazby. Například přebytek glukózy v krvi spouští mechanismus ukládání této látky (ve formě glykogenu). Naopak jeho nedostatek vede ke zvýšení trávení glykogenu.

Z toho lze odvodit následující. V živých organizmech není žádný proces spojitý. Musí se nutně střídat s obráceným směrem: pracovat s odpočinkem, vdechnout exhalem, syntézou s rozštěpením, bdělostí se spánkem atd. Stav živého organismu tedy nemůže být statický. To je charakterizováno takovou koncepcí jako rytmus. Přítomnost této vlastnosti živého organismu lze určit i jednoduchým pozorováním. Můžete si všimnout, že některé (a ve skutečnosti všechny) jeho energetické a fyziologické parametry jsou vždy ve stavu oscilace jak amplitudy, tak frekvence ve vztahu ke středním hodnotám.

Takové výkyvy jsou biorytmy. S pomocí těchto živých organismů zajišťuje stabilitu jejich termodynamického stavu. Umožňuje vám úspěšně se přizpůsobit prostředí, jeho cyklické změny jsou přesně rytmické. Definice tohoto jevu byla uvedena na začátku tohoto článku.

Interní hodiny

Externí časový snímač není nezbytný pro synchronizaci systému při vysokém stupni konjugace všech jeho subsystémů. V procesu vývoje organismu je vrozený program uspořádání funkcí v čase upraven, což mu umožňuje přizpůsobit se časovému profilu prostředí. Takový organismus je schopen "předpovědět" denní dobu. To mu umožňuje předem připojit různé efektory, které nejsou okamžitě zahrnuty v reakci. Například tělesná teplota, stejně jako plazmatický obsah kortikosteroidů v normálním spánku, se začínají zvyšovat dlouho před koncem. Proto se někdy probouzí dříve, než se rozsvítí světlo.

Zde jsou další příklady rytmu. V procesu přirozeného výběru přežily pouze ty organismy, které měly schopnost nejen zachytit různé změny přírodních podmínek, ale také přizpůsobit rytmické přístroje rytmu vnějších kmitů. Zvířata například střídají rytmy bdělosti a spánku, takže přispívají k vytvoření příznivých podmínek pro extrakci potravin. V přírodě jsou reprodukční systémy (období neplodnosti a plodnosti) přizpůsobeny podmínkám prostředí, které jsou nejvhodnější pro pěstování potomstva. Mnoho ptáků padá na jih na podzim. Toto je jeden příklad toho, jak se rytmus projevuje. Biologie zná řadu dalších příkladů. Takže některá zvířata spadají do hibernace. To jim pomáhá přežít, navzdory tomu, že jsou externí přírodních podmínek jsou extrémní.

Denní biorytmy

Cirkadiánní rytmus v biologii - co to je? Zjistíme to. Denní (cirkadiánní) biorytmy zahrnují takové jevy a změny v povaze a intenzitě biologických procesů, jejichž opakovaný výskyt je 24 ± 4 hodiny. Většina fyziologických a biochemických procesů metabolismu, pohybu, vývoj, růst, je v souladu s těmito rytmy, které jsou způsobeny cirkadiánní (denně) v rytmu vnějšího prostředí. To je zase spojeno s rotací kolem osy naší planety. Příklady takových procesů: intenzita metabolismu, fluktuace tělesné teploty, frekvence rozdělení buněk. Pro všechny z nich je charakteristická denní rytmus.

Biologie je věda, která studuje nejen zvířata, ale i rostliny. V druhém případě jsou zejména rytmické cykly spouštění listů a zavírání květin pozorovány v noci. V den jsou odhaleni. Rytmy se zachovávají i v případě, že nedochází k slunečnímu záření. To potvrzují jeho experimenty. Shnol, ruský biofyzik. Jako příklad dal Maranovi fazole. Listy se zvedaly a padaly ráno a večer, i když rostlina byla v temné místnosti. Zdálo se, že pocítil čas a určil ho vnitřními fyziologickými hodinami.

Rostliny obvykle určují dobu trvání přechodu z jedné formy na druhou fytochemického pigmentu, když se mění charakteristika slunečního záření (spektrální složení). Například slunce při západu slunce má červenou barvu, protože červené světlo má nejdelší vlnovou délku a méně než modrá, rozptýlí se. Za soumraku nebo při zapadajícím slunci je spousta infračerveného a červeného záření. To je vnímáno rostlinami, které ukazují denní rytmus.

Biologie je věda, v jejímž rámci se dosud rozšířily rozsáhlé zkušenosti s pozorováním různých zvířat. Bylo zjištěno zejména to, že střídání dob odpočinku a aktivity zvířat (noční a denní) se také týká denních rytmů. Pro ně je důležité časové určení ne absolutní, ale relativní. Potřebují vědět, kdy slunce stoupá a sedí, protože denní bytosti používají lehkou část dne k hledání jídla a noční - temné.

Uveďme příklad - zvážit denní rytmus pozvaného kraba na pobřeží Atlantského oceánu. Změnil barvu a zobrazoval denní rytmus. Biologie je věda, která stejně jako ostatní odhaluje vzory. Proč se krab změní v barvu? Zjistíme to.

Krab je lehčí ráno, ale když slunce stoupá nad obzorem, stane se temnější. Když hraje ochrannou roli, pigment chrání pozvaný krab před spalujícími paprsky slunce. Pokud dojde k odtoku, pomůže jí tmavší barva zůstat bez povšimnutí pobřežního písku. Namísto toho je krab poslán k hledání jídla.

Denní rytmy u lidí

Asi 300 fyziologických funkcí, které mají denní rytmy, jsou pozorovány v lidském těle. Tělesná hmotnost, vztaženo na lidský cirkadiánního systému je maximální na 18-19 hodin, frekvence dýchání - 13-16 hodin, srdeční frekvence - 15-16 hodin, krevní hladiny erytrocytů - 11-12 hodin leukocyty - 21 -23 hodin atd.

Duševní procesy urychlují večer a zpomalují ráno. Rhyty duševních a fyziologických funkcí jsou naopak ovlivněny změnami bdělosti a spánku, odpočinku a aktivity. Z řady faktorů závisí parametry krivky pracovní kapacity od úrovně motivace, příjmu potravy, celkové situace, typu osobnosti atd., Během bdělosti.

Termín "desynchronóza" znamená porušení biologický systém časové uspořádání rytmů. Studium jeho mechanismů má velký význam při organizaci práce a rekreace personálu při provádění různých preventivních opatření zaměřených na ochranu zdraví. Desinhroz zejména pozorovány u jedinců, kteří učinili dálkové lety (v 4-5 časových pásem), změnou provozního režimu ze dne na noc a astronauty na spáchání kosmického letu.

Lunární biorytmy

Kruhové (lunární) biorytmy - rytmy, jejichž doba činí v průměru 29,53 dnů. Tyto rytmy v biologii odpovídají lunárnímu měsíčnímu cyklu, tedy cyklu fází měsíce.

Mnoho geofyzikálních procesů je ovlivněno periodicitou rotace Měsíce kolem naší planety. Například změny v osvětlení v noci, teplota, tlak vzduchu, magnetické pole Země, směr větru. Všechny tyto jevy pro cirkulující rytmy jsou dočasné ukazatele.

Mořské organismy mají nejpůsobivější příklady toho, jak tyto rytmy ovlivňují životní procesy. Například mořští červi Palolo žijící na korálových útesů, v říjnu a listopadu, finální deset dnů v měsíčním cyklu, a zároveň v určitém čase během dne, se voda rozdělí na zádech, který je naplněn produkty reprodukční systém. To je nezbytné pro pokračování rodiny.

Lunární cykly období plodnosti a plodnosti mohou být nejen synodické (stejně jako v předchozím příkladu). Tam jsou také syzygic s intervalem 14,7 dnů. Takže jeden druh ryb, který žije na břehu Kalifornského zálivu, na úplňku a nový měsíc (při odlivu) položí vejce na pláži. Rozvíjí se 14 dní na břehu a vstupuje do vody s přílivem.

Moonlight, jak jsme již zmínili, způsobuje rozdíly v osvětlení v noci. To přispívá ke změně činnosti zvířat, které vedou večerní nebo noční způsob života. I když vyloučíte dopad měsíčního světla v laboratoři, zachovává se frekvence cirkulačních procesů. To může být způsobeno dalšími faktory spojenými s lunárním cyklem. Například to je oscilace magnetického pole naší planety.

Lunární cyklus také ovlivňuje růst rostlin. To lze doložit příkladem kolísání výnosu ředkvičky, brambor a luštěnin. Po dlouhou dobu byly měsíční kalendáře použity k určení optimálního času pro agrotechnická opatření a rostliny výsadby.

Roční biorytmy

Cirkulující (roční) biorytmy v biologii mají oscilační období 1 rok ± 2 měsíce. Jsou spojeny s rotací kolem Slunce naší planety.

Tyto rytmy jsou pozorovány u všech organismů, od tropické po polární oblasti. Jejich vyjádření roste s rostoucí šířkou zeměpisné šířky. Rytmus analýza umožnila vědci k závěru, že tyto organismy obývající polární a mírného pásma, ve kterém se nejvíce patrné sezónní rozdíly, to je jasně zřejmý. Každoročně biorytmy obsahovat, za prvé, adaptivní reakce vyskytující se v odezvě na změnu v nejdůležitějších parametrů životního prostředí (režim vody, kvantitativní a kvalitativní složení potravy, teplota).

Za druhé, je odezva těla na faktorů signálu prostředí (např., Změny geomagnetického intenzity pole, fotoperiodě, o výskytu některých chemických složek). Tam jsou každoroční biorytmy, například v jevy migrace, migrace, letní a zimní hibernace, reprodukční procesy atd.

U mnoha zvířat hibernace pomáhá přežít nepříznivé období. Překvapivě zvířata určují čas pro to. Medvěd, například, vždy zůstává ve svém doupěti vždy před předvečer sněžení. A pak spí až do dubna, dokud teplota nepřesáhne 12 ° C (tedy 5,5 měsíců). V této době existuje na úkor tuku nahromaděného od pádu. Jeho zásoby tvoří téměř třetinu celkové tělesné hmotnosti zvířete. Teplota těla medvěda během hibernace klesá přibližně o 10 ° C a frekvence jeho dechu se třikrát snižuje. To pomáhá šetřit životní prostředky nahromaděné v teplém čase. To je rytmus medvědího organismu. Pokud je rytmus zlomený a šelma se z nějakého důvodu nelehá na den, nebo se náhle probudí uprostřed zimy, je téměř odsouzena zahynout. Tyč překoná mnoho parazitů, které se rychle rozvíjejí v oslabeném organismu, který trpí hladem.

Mnoho příkladů rytmických vlastností bylo uvedeno v tomto článku. Potvrzují, že jde o světový fenomén ve světě zvířat. Biorytmy jsou navíc určujícím faktorem existence živých organismů. Princip rytmicity se nachází na všech úrovních organizace biosystémů. Slouží k přizpůsobení těla pro lepší fungování v prostředí.

Koeficient

Takže jsme uvažovali o rytmu v biologii, co to je, víte teď. Koncept zájmu o naši společnost se však nachází nejen v této vědě. Konkrétně ekonomové dospěli k závěru, že je to také pozorováno ve výrobním odvětví. Po provedení tohoto objevu představili koncept "koeficientu rytmu". Vždy má tendenci k jednotě. Rytmický koeficient je zpravidla určen na den, deset let, měsíc atd. Díky tomu lze charakterizovat zejména míru využití pracovní doby ve výrobním procesu. Čím je rychlost rytmu vyšší, tím je výrobní cyklus hustší a ekonomické zdroje (zejména pracovní doba) jsou racionálně vynakládány.