Біологічні ритми

Багато біологічні процеси в природі протікають ритмічно, тобто різні стани організму чергуються з достатньо чіткою періодичністю. Приклади швидких ритмів - скорочення серця або дихальні рухи з періодом всього за кілька секунд. У інших життєво важливих ритмів, наприклад чергування неспання і сну, період складає близько доби. Якщо біологічні ритми синхронізовані з настанням припливів і відливів (кожні 12,4 години), або лише однієї з цих фаз (кожні 24,8 години), їх називають приливними. У місячних біологічних ритмів період відповідає тривалості місячного місяця, а у річних - року. Серцеві скорочення і інші форми швидкої ритмічної активності, не корелює з природними змінами в навколишньому середовищі, зазвичай вивчаються фізіологією і в цій статті розглянуті не будуть.

Біологічні ритми цікаві тим, що під багатьох випадках зберігаються навіть при сталості умов середовища. Такі ритми називають ендогенними, тобто «Йдуть зсередини»: хоча зазвичай вони і корелюють з ритмічними змінами зовнішніх умов, наприклад чергуванням дня і ночі, їх не можна вважати прямою реакцією на ці зміни. Ендогенні біологічні ритми виявлені у всіх організмів, крім бактерій. Внутрішній механізм, підтримує ендогенний ритм, тобто що дозволяє організму не тільки відчувати плин часу, а й вимірювати його проміжки, називається біологічним годинником.

Робота біологічного годинника зараз добре вивчена, однак внутрішні процеси, що лежать в її основі, залишаються загадкою. У 1950-х роках радянський хімік Б. Белоусов довів, що навіть у однорідної суміші деякі хімічні реакції можуть періодично прискорюватися і сповільнюватися. Аналогічним чином, спиртове бродіння в дріжджових клітинах то активується, то пригнічується з періодичністю бл. 30 секунд. Якимось чином ці клітини взаємодіють один з одним, так що їх ритми синхронізуються і вся дріжджова суспензія двічі на хвилину «пульсує».

Вважається, що така природа всіх біологічного годинника: хімічні реакції в кожній клітині організму протікають ритмічно, клітини «підлаштовуються» один під одного, тобто синхронізують свою роботу, і в результаті пульсують одночасно. Ці синхронізовані дії можна порівняти з періодичними коливаннями годинного маятника.

Ціркадіанние ритми. Великий інтерес представляють біологічні ритми з періодом близько доби. Вони так і називаються -- цілодобовий, ціркадіаннимі або циркадних - від лат. circa - близько і dies -- день.

Біологічні процеси з ціркадіанной періодичністю вельми різноманітні. Наприклад, три види світяться грибів підсилюють і послаблюють своє світіння кожні 24 години, навіть якщо штучно тримати їх при постійному світі, чи в повній темряві. Щодоби змінюється світіння одноклітинної морської водорості Gonyaulax. У вищих рослин в ціркадіанном ритмі протікають різні метаболічні процеси, зокрема фотосинтез і дихання. У живців лимона з 24-годинний періодичністю коливається інтенсивність транспірації. Особливо наочні приклади - щодобові руху листя і розкриття-закривання квіток.

Різноманітні ціркадіанние ритми відомі і у тварин. Прикладом може служити близьке до актиніями кишковопорожнинні - морське перо (Cavernularia obesa), що представляє собою колонію з безлічі крихітних поліпів. Морське перо живе на піщаному мілководді, втягуючись у пісок вдень і розвертаючись ночами, щоб харчуватися фітопланктоном. Цей ритм зберігається в лабораторії при незмінних умов освітлення.

Чітко працюють біологічний годинник у комах. Наприклад, бджоли знають, коли розкриваються певні квіти, і відвідують їх щодня в один і той же час. Бджоли також швидко засвоюють, в який час їм виставляють на пасіці цукровий сироп.

У людини не тільки сон, а й багато інші функції підпорядковані добового ритму. Приклади цього - підвищення і зниження кров'яного тиску і виділення калію і натрію нирками, коливання часу рефлексу, пітливості долонь і т.д. Особливо помітні зміни температури тіла: вночі вона приблизно на 1