Введение. 1. Багдасарян В. Управляема ли демография?

Міністерство освіти і науки Украіни

 

НТУ ”ХПІ”

 

Кафедра: ХТПЭ

РЕФЕРАТ

На тему:» Адаптивные биологические ритмы организмов»

 

 

Підготував: Пастушний В.А

Студент групи ІТ 32-Б

Перевірив: Новожилова Т.Б

 

м. Харків

 

Содержание:

Введение……………………………………………………………стр.3

Адаптивные физиологические ритмы: циркадные и сезонные... стр.5

Циркадные ритмы………………………………………………… стр.6

Лунные циклы….…………………………………...……………...стр.8

Приливные и годовые ритмы……………………………………. стр.10

Зимняя спячка……………………………………………………..стр.12

Летняя спячка…………………………………………………….. стр.14

Список используемой литературы……………………………… стр.17

 

 

Введение

 

Биологические ритмы — колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций. В их основе лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов. Факторы, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение «синхронизаторы», или «датчики времени».

 

К внешним факторам относятся:

 

- изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм);

 

- магнитного поля;

 

- интенсивности космических излучений;

 

- приливы и отливы;

 

- сезонные и солнечно-лунные влияния;

 

- социальные влияния, характерные для человека.

 

К внутренним факторам относятся процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.

Ритмы, независимые от внешних синхронизаторов, называются эндогенными. Ритмы, формирующиеся под влиянием внешних синхронизаторов, т. е. факторов внешней среды, идентифицированы как экзогенные. Для большинства биоритмов характерна эндогенность генерирования, малая изменчивость установившейся длительности циклов на протяжении онтогенеза.

Ритмы формируют внешние синхронизаторы. Ярким примером формирования эндогенных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндогенными ритмами таких синхронизаторов как свет, звук, пища и др., а по мере развития ребенка усиливается роль социальных факторов. Сравнительно быстро у ребенка формируется суточный, 24-часовой ритм физиологических процессов.

Основными параметрами биоритмов являются такие показатели:

Период — время между двумя одноименными точками в волнообразно изменяющемся процессе.

Акрофаза — точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого параметра.

Мезор — уровень среднего значения показателей изучаемого процесса.

Амплитуда — величина отклонения исследуемого показателя в обе стороны от средней.

Фаза колебания характеризует состояние колебательного процесса в момент времени; измеряется в долях периода, а в случае синусоидальных колебаний — в угловых и дуговых единицах.

 

Классификация ритмов базируется на строгих определениях, которые зависят от выбранных критериев.

 

Ю. Ашофф (1984 г.) подразделяет ритмы:

 

- по их собственным характеристикам, таким как период;

 

- по их биологической системе, например популяция;

 

- по роду процесса, порождающего ритм;

 

- по функции, которую выполняет ритм

 

Биологические ритмы, совпадающие по кратности с геофизические ритмами, называются адаптивными (экологическими). К ним относят суточные, приливные, лунные и сезонные ритмы. В биологии адаптивные ритмы рассматриваются с позиций общей адаптации организмов к среде обитания, а в физиологии — с точки зрения выявления внутренних механизмов такой адаптации и изучения динамики функционального состояния организмов на протяжении длительного периода времени.

В течение многих миллионов лет эволюции «шлифовалась» временная организация биосистем. Постоянно адаптируясь к меняющимся условиям и воздействиям факторов окружающей среды, вместе с живой материей, синхронно с её усложняющимся развитием, совершеннее и разнообразнее становились биоритмы. Уместно предположить, что эволюция животного мира «шла» через совершенствование биоритмов, выполнявших ведущую роль факторов адаптации к изменяющимся условиям внешней среды. Суточная периодичность времени, смена дня и ночи, индуцировали и закрепили суточные ритмы многочисленных процессов в организме, а смена времени года сформировала сезонные ритмы.

Ритм — это универсальная особенность самодвижения материи, результат борьбы противоположностей, которые являются источником самодвижения, характеризующегося непрерывной сменой доминирования каждой из двух противоборствующих сторон. Так достигается качественная устойчивость материальных объектов. Таким образом, ритм внутренне присущ движению. Физиологические ритмы как основной параметр существования живых организмов

 

Физиологические ритмы — циклические колебания в различных системах организма. Они составляют основу жизни. Одни ритмы поддерживаются в течение всей жизни, и даже кратковременное их прерывание приводит к смерти; другие появляются в определенные периоды жизни индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть протекает независимо от него. Ритмические процессы взаимодействуют друг с другом и с внешней средой.

 

Изменение ритмов, выходящее за пределы нормы, либо появление их там, где они раньше не обнаруживались, связано с болезнью.

 

Физиологические ритмы являются одной из основных форм проявления жизнедеятельности, они наблюдаются у всех живых организмов и на всех уровнях организации живой материи — от субклеточных структур до целостного организма. Как правило, они не являются строго периодическими колебаниями: в определенных пределах меняется их период, амплитуда, форма, уровень. Примером их могут служить записи некоторых физиологических ритмов у человека: электрокардиограмма, сфигмограмма сонной артерии, сейсмокардиограмма, пневмограмма, электроэнцефалограмма, суточная периодика частоты дыхания, суточная периодика экскреции калия с мочой.

Адаптивные физиологические ритмы: циркадные и сезонные.

Адаптивные физиологические ритмы выработались в процессе эволюции как форма приспособления организмов к циклически меняющимся условиям среды. Наиболее изучены околосуточные (циркадные) ритмы, которые отражают периодичность геофизических факторов, обусловленную вращением Земли вокруг своей оси. В течение суток закономерно изменяется, прежде всего, естественное освещение. Суточным колебаниям подвержены цикл день – ночь, температура и влажность воздуха, напряженность электрического и магнитного поля Земли, потоки разнообразных космических факторов, падающих на Землю в конкретный временной цикл. Под влиянием этих внешних факторов совершалась эволюция всех форм жизни на Земле, колебания их в настоящее время, как и миллионы лет назад, играют жизненно важную роль для всех без исключения обитателей Земли. Например, для дневных животных восход Солнца — сигнал для активной деятельности: добывания пищи, строительства жилья, выращивания потомства, а с наступлением темноты активизируются животные, ведущие ночной образ жизни. И все животные «подстраиваются» к этому суточному ритму. А кто не сможет «вписаться» в этот режим, заданный природой, погибают. Для выживания любой организм должен соизмерить свой ритм с внешними ритмами. Адаптация конкретного организма или видовая адаптация к внешним условиям в широком биологическом смысле — это синхронизация жизненных процессов (ритмов) организма или целой популяции с внешними ритмами, таким образом, циркадная периодичность жизненных функций является врожденным свойством.

 

Циркадные ритмы

 

Наиболее очевидные те биологические ритмы, которые соотносятся с природным суточным циклом-сменой дня и ночи внутри 24-часового периода. Это так называемые циркадные ритмы. Собственно, циркадные ритмы являются эндогенными процессами, то есть процессами, контролируемыми внутренними силами организма. Эти проявляются даже в том случае, когда внешние воздействия среды не меняются и искусственно сделаны постоянными. При изменении состояния внешней среды циркадные ритмы проявляются в организме и остаются еще некоторое время, тогда как нециркадные исчезают.

В каждом суточном цикле саранча активна на протяжении светлого времени и пассивна в темноте. Внешне это похоже на настоящий циркадный цикл, но если поместить саранчу в условия постоянного света или постоянной темноты, обычный для насекомых ритм активности быстро исчезает. В том же суточном цикле американский таракан (Periplaneta americana) активен только первые несколько часов темноты. Если это насекомое содержится при постоянном освещении или в темноте, то его поведение показывает, что действующий циркадный ритм является эндогенным.

На первый взгляд циркадные ритмы кажутся тем же самым, что и различные физиологические реакции, связанные с внешним суточным циклом. Но врождённые циркадные ритмы имеют четыре основные черты: они являются эндогенными, синхронизируются с внешними факторами, не подвержены влиянию температуры тела и могут быть разрушены только с течением времени, если внешние условия среды искусственно меняются.

 

Узнавание ритма

После нескольких дней, проведённых без воздействия основных естественных компонентов суточного цикла (например смены света и темноты, тепла и холода), циркадные ритмы животных становятся менее чёткими. Некоторые делаются немного короче, чем 24 часа, а некоторые немного длиннее, отсюда термин «цикадные» что означает «приблизительно сутки». Если южная летяга (Glaucomys volans) содержится в постоянной темноте, её циркадный ритм активности сокращается, часто превращаясь 23,5 – часовой цикл, который является её наследственной периодичностью. Когда животное возвращается к нормальному 24- часовому режиму, периодичность света-темноты и температуры синхронизирует её циркадный ритм таким образом, что она снова становится равным точно 24 часам. Эта способность внешних факторов синхронизировать циркадные ритмы называется «загрузкой», а воздействующие внешние факторы называются «программирующими», или «задающими» время.

Когда одногорбому верблюду (Camelus dromedarius) не хватает воды, колебания температуры его тела (Разница между верхним и нижним значениями) увеличивается от 2 °С до 6 °С, но циркадная периодичность изменения температуры не изменяется. Хотя температура тела влияет на многие физиологические процессы, она не затрагивает циркадные ритмы.

Циркадная активность комаров, проявляющаяся при низкой освещенности, становится более выраженной, если освещенность искусственно усилить. Таким образом, циркадные ритмы могут нарушаться многими искусственными внешними факторами.

 

Что контролируют циркадные ритмы

Если шишковидную железу, или эпифиз, воробья удалить хирургическим путём, он немедленно теряет свои циркадные ритмы. Если эпифиз пересадить обратно, воробей снова их обретает. Если пересадить эпифиз от птицы с иными циркадными ритмами, реципиент немедленно приобретает донорские ритмы взамен своих собственных. Более того, если прикрыть глаза воробья от воздействия света, его циркадные ритмы не меняются, но, если непрозрачный материал помещается на череп воробья, над шишковидной железой, птица теряет свои ритмы. У птиц циркадные ритмы регулирует секретируемый шишковидной железой гормон мелатонин, а эпифиз стимулируется светом от фоторецепторов в мозге, а не в глазах.

Сходные с результатом эксперимента по пересадке эпифиза у птиц эффект был получен в опытах с куколкой шелкопряда, которой пересаживали мозг. Без мозга куколка теряет своё циклическое поведение по превращению во взрослое насекомое, но если ей снова пересадить мозг, или мозг, полученный от других видов, циклическое поведение возвращается или соответственно становится таким, как у видов, мозг которых был имплантирован. Значит, и в этом случае поведение контролируется секрецией определённого гормона.

У млекопитающих часть среднего мозга, известная как гипоталамус, содержит два небольших собрания клеток, называемых надзрительными ядрами. Эти клетки, безусловно, являются биологическими часами и совместно с эпифизом запускают циркадные ритмы.

Надзрительные ядра «загружаются» внешним светом через глаза, но воздействуют на поведение не через гормональную активность (как у птиц и насекомых), а через нервную систему.

Лунные циклы

 

Несмотря на расстояние в 384 400 км и на то, что её свет (или, точнее, свет Солнца, отраженный от её поверхности) в 300 000 раз слабее, чем прямой солнечный свет, Луна оказывает важное, иногда загадочное влияние на поведение многих животных. Она воздействует на нашу планету своим светом и гравитацией, которая оказывает влияние даже через облака. Проведенными исследованиями было доказано, что для многих животных лунные ритмы являются эндогенными.