الوقت في علم الأحياء. الوقت البيولوجي والعمر

الإيقاعات البيولوجية (الإيقاعات الحيوية)(من اليونانية βίος - السيرو "الحياة" و ῥυθμός - إيقاعات، "أي حركة متكررة، إيقاع") - تكرار التغييرات بشكل دوري في طبيعة وشدة العمليات والظواهر البيولوجية. إنها سمة مميزة للمادة الحية على جميع مستويات تنظيمها - من الجزيئية وتحت الخلوية إلى المحيط الحيوي. إنها عملية أساسية في الطبيعة الحية. بعض الإيقاعات البيولوجية مستقلة نسبيًا (على سبيل المثال، وتيرة انقباضات القلب، والتنفس)، والبعض الآخر يرتبط بتكيف الكائنات الحية مع الدورات الجيوفيزيائية - يوميًا (على سبيل المثال، التقلبات في شدة انقسام الخلايا، والتمثيل الغذائي، النشاط الحركيالحيوانات)، المد والجزر (على سبيل المثال، فتح وإغلاق الأصداف في الرخويات البحرية المرتبطة بالمستوى المد والجزر البحرية) ، سنوي (التغيرات في عدد ونشاط الحيوانات، نمو وتطور النباتات، وما إلى ذلك)

العلم الذي يدرس دور عامل الوقت في التنفيذ الظواهر البيولوجيةوفي سلوك الأنظمة الحية، التنظيم الزمني النظم البيولوجيةتسمى طبيعة وظروف حدوث وأهمية الإيقاعات الحيوية للكائنات الحية بعلم الإيقاعات الحيوية. علم الإيقاع الحيوي هو أحد المجالات التي تشكلت في الستينيات. قسم علم الأحياء - علم الأحياء الزمني. عند تقاطع علم الإيقاع الحيوي و الطب السريريهو ما يسمى بالطب الزمني، وهو الذي يدرس علاقة الإيقاعات الحيوية بمسار الأمراض المختلفة، ويضع نظم العلاج والوقاية للأمراض مع مراعاة الإيقاعات الحيوية ويدرس غيرها الجوانب الطبيةالإيقاعات الحيوية واضطراباتها.

تنقسم الإيقاعات الحيوية إلى فسيولوجية وبيئية. الإيقاعات الفسيولوجية، كقاعدة عامة، لها فترات من أجزاء من الثانية إلى عدة دقائق. هذه، على سبيل المثال، إيقاعات ضغط الدم ونبض القلب وضغط الدم. تتطابق الإيقاعات البيئية في مدتها مع أي إيقاع طبيعي بيئة.

يتم وصف الإيقاعات البيولوجية على جميع المستويات، بدءا من أبسطها التفاعلات البيولوجيةفي قفص وينتهي بالمعقد ردود الفعل السلوكية. وبالتالي فإن الكائن الحي عبارة عن مجموعة من الإيقاعات العديدة ذات الخصائص المختلفة. وفقا لأحدث البيانات العلمية، حوالي 400 [ ] إيقاعات الساعة البيولوجية.

تكيف الكائنات الحية مع البيئة في هذه العملية التطور التدريجيكان يتحرك في اتجاه تحسينها التنظيم الهيكلي، والتنسيق في الزمان والمكان للأنشطة المختلفة الأنظمة الوظيفية. استقرار استثنائي لتكرار التغيرات في الإضاءة ودرجة الحرارة والرطوبة، المجال المغنطيسي الأرضيوغيرها من المعلمات البيئية التي تحددها حركة الأرض والقمر حول الشمس، سمحت للأنظمة الحية في عملية التطور بتطوير برامج زمنية مستقرة ومقاومة للتأثيرات الخارجية، ومظاهرها هي الإيقاعات الحيوية. يتم تعيين هذه الإيقاعات أحيانًا على أنها بيئية، أو التكيف (على سبيل المثال، النهاري، المد والجزر، القمري والسنوي)، ثابتة في البنية الجينية. في الظروف الاصطناعية، عندما يُحرم الجسم من المعلومات الخارجية التغيرات الطبيعية(على سبيل المثال، مع الإضاءة المستمرة أو الظلام، في غرفة ذات رطوبة وضغط وما إلى ذلك، يتم الحفاظ عليها على نفس المستوى)، تنحرف فترات هذه الإيقاعات عن فترات الإيقاعات المقابلة للبيئة، وبالتالي تظهر فترة خاصة بها.

مرجع تاريخي

عن الوجود الإيقاعات البيولوجيةلقد عرفها الناس منذ العصور القديمة.

نظرية "الإيقاعات الثلاثة"

لقد رفض الباحثون الأكاديميون "نظرية الإيقاعات الحيوية الثلاثة". النقد النظريتم عرضه، على سبيل المثال، في كتاب علمي مشهور لخبير معروف في علم الأحياء الزمني، آرثر وينفري. لسوء الحظ، لم يعتبر مؤلفو الأعمال العلمية (وليس العلوم الشعبية) أنه من الضروري تخصيص وقت للنقد على وجه التحديد، ومع ذلك، هناك عدد من المنشورات (باللغة الروسية، على سبيل المثال، مجموعة تم تحريرها بواسطة Jurgen Aschoff، كتاب L. .Glass وM. Mackie ومصادر أخرى) يسمحان بالتوصل إلى أن "نظرية الإيقاعات الحيوية الثلاثة" ليس لها أساس علمي. لكن الأكثر إقناعا هو النقد التجريبي "للنظرية". وقد دحضت العديد من الاختبارات التجريبية في السبعينيات والثمانينيات هذه "النظرية" تمامًا باعتبارها لا يمكن الدفاع عنها. حاليا النظرية ثلاثة إيقاعات» المجتمع العلميلا يتم الاعتراف به ويعتبر علمًا زائفًا.

شكرا ل واسع الانتشار « نظرية الثلاثة"الإيقاعات"، غالبًا ما ترتبط الكلمات "الإيقاع الحيوي" و"علم الأحياء الزمني" بالعلم الزائف. في الواقع، يعد علم الأحياء الزمني نظامًا علميًا قائمًا على الأدلة ضمن الاتجاه الأكاديمي التقليدي، وينشأ الارتباك بسبب الاستخدام غير الصحيح للاسم الانضباط العلميفيما يتعلق بالنظرية العلمية الزائفة.

أنظر أيضا

ملحوظات

1. βίος (غير معرف) . معجم اليونانية-الإنجليزية. بيرسيوس.
2. هنري جورج ليدل، روبرت سكوت. ῥυθμός (غير معرف) . معجم اليونانية-الإنجليزية. بيرسيوس.

إن الفهم الحديث للزمن البيولوجي يأتي من التعرف على الوقت الخاص بالأنظمة البيولوجية. ويتجلى هذا الزمن في شكل زمن أجزاء الكائن الحي، وزمن الفرد، وزمن تغير الأجيال دون تغيير شكل الحياة، وزمن تغير أشكال الحياة بالتزامن مع تغير الأجيال ( الزمن التطوري). مع الاستقلال النسبي، الوقت البيولوجيبادئ ذي بدء، يتم قياس وقت الفرد الساعة الخاصة، و هو أنواع مختلفة العمليات الإيقاعية، تحدث في الهياكل تحت الخلوية والخلايا والأنسجة والأعضاء والأنظمة الفسيولوجية. من خلال ربط وقتها بالتوقيت العالمي (الوقت المادي للعالم الخارجي)، تعكس الأنظمة الحية هذا الأخير في بنيتها الزمنية. ولكن بما أنه لا يوجد وقت نظيف وفارغ، ولكن هناك وقت لمدة العمليات المادية، فإن نسبة الوقت الخارجي (العالمي) والوقت الداخلي هي نسبة مدة العمليات الخارجية والداخلية.

كونه شكلاً من أشكال وجود المادة، فإن الوقت يتجسد في نفس الوقت ("تجسيده") في عمليات مادية معينة، وتعكس الأنظمة الحية المظهر الخارجي، التوقيت العالميإلى الحد الذي تعكس فيه عملياتهم الداخلية والحيوية (التمثيل الغذائي والفسيولوجي) عمليات العالم الخارجي. ومن ناحية أخرى، فإن الزمن البيولوجي الداخلي مستقل إلى الحد الذي تكون فيه العمليات الحياتية لنظام حي معين مستقلة. كونها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالعالم الخارجي (البيئة)، وتعمل كعنصر من عناصر نظام "بيئة الكائن الحي"، نظام المعيشةولا يذوب في هذه البيئة، بل يحتفظ بعزلته عن البيئة ويقاومها. كونه نتاجًا للبيئة، فإن النظام الحي هو الكائن الآخر لهذه البيئة، تاريخها المتراكم بشكل انتقائي. لذلك، فإن معارضة الكائن الحي للبيئة ليست مطلقة، ولكنها نسبية بطبيعتها، مع الحفاظ على القواسم المشتركة في الشيء الأساسي والرئيسي. القوانين الأساسية لتدفق الزمن هي نفسها بالنسبة للعالم الخارجي وللأنظمة الحية. ومع ذلك، فإن مظاهر هذه القوانين في الأنظمة الحية لها تفاصيل معينة. ككتلة من مادة منظمة، منفصلة عن البيئة ومولدة منها، يحتفظ النظام الحي بعزلته عن البيئة، بيقينه النوعي - على الرغم من "هجوم" البيئة، الذي يقاومه (النظام الحي) - من أجل السبب، على وجه الخصوص، هو أن الوقت في النظام الحي يتدفق بشكل مختلف عما هو عليه في العالم الخارجي (إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن النظام الحي سيذوب على الفور في العالم الخارجي).

تيار داخلي سريع العمليات الحيويةتمثل اختلافًا مكثفًا (وانعكاسًا) لعمليات التدفق البطيء للعالم الخارجي.

فعل انعكاسي لحظي لنظام حي، وهو بمعنى معينالزمن المتراكم، في جميع المراحل - عند المدخل، في الروابط المركزية، عند الخروج - يجسد الوحدة الجدلية التي لا تنفصل عن الماضي والحاضر والمستقبل. المحتوى الفعلي للتفكير اللحظي ليس مجرد استجابة تأثير خارجي، وتنبؤ الاستجابة المبني على أساس الماضي، الذي يستشرف المستقبل بالضرورة ويدخله إلى الحاضر.

الكائن الحي مستقل نسبيًا فقط؛ ولذلك، فإن نشاطها الانعكاسي هو في الأساس انعكاس ذاتي لنظام "البيئة والكائن الحي". تجسيدًا للمبدأ النشط لهذا النظام ، يحدد الجسم من خلال نشاطه حركته وتطوره مسبقًا. أثناء التطور، اكتسب الجسم جهاز انعكاس متخصص - الجهاز العصبي. ومن خلال ضمان تكامل أجزاء الجسم في كل واحد، يضمن الجهاز العصبي في الوقت نفسه الاستخدام الفعال لهذه الأجزاء (والجسم ككل) في تنظيم الأنشطة القائمة على التفكير الذي تقوم به أقسامه العليا. على الرغم من أن جهاز الانعكاس المتخصص الذي ظهر في التطور - الجهاز العصبي - يُخضع أساسه لاحقًا، فإن التنظيم الجسدي، فإن الجهاز العصبي في نشاطه الانعكاسي يحافظ على ويحسن الخاصية الرئيسية والأصلية للانعكاس البيولوجي - طابعه الاستباقي الموجه. يتمثل نشاط التأمل في حقيقة أن كل شيء، بما في ذلك الأنظمة الحية شديدة التنظيم، لديه الجهاز العصبي، جلب شيئًا خاصًا بهم إلى التفكير. إن هذا "الخاص" هو تقدم تسترشد به الحاجة.

مدة موحدة لفئة من العمليات البيولوجية المماثلة للكائن الحي. إن فكرة أن طبيعة الكائنات الحية تتحدد في المقام الأول من خلال التنظيم الزمني المحدد للعمليات التي تحدث فيها، تم التعبير عنها مرة أخرى في منتصف التاسع عشرالقرن بواسطة كارل إرنست فون باير1. حاول بعض الباحثين إدخال مفاهيم "الوقت البيولوجي" في الاستخدام العلمي (V. I. Vernadsky)، "الوقت الفسيولوجي" (Leconte du Nouilly)، "الوقت العضوي" (G. Backman). ومع ذلك، فإن التطور غير الكافي لعقيدة الزمن الفلسفية لم يسمح لنا بتحديد المفاهيم المقدمة بطريقة يمكن استخدامها في التجارب والتجارب. البحث النظريعلى غرار كيفية استخدام مفهوم "الزمن" في الفيزياء. الأقرب إلى الفهم المناسب للزمن البيولوجي هم الباحثون الذين اكتشفوا أنه إذا تم استخدام فترات أي عمليات متكررة للكائن الحي كوحدة مدة متطابقة ذاتيًا، فيمكن تحديد أنماط محددة لتطوره. تم الحصول على نتائج مهمة بشكل خاص في هذا الخط من البحث بواسطة T.A. ديتلاف 1، التي توصلت في عام 1960، مع شقيقها الفيزيائي أ. أ. ديتلاف، إلى اقتراح لاستخدام مدة دورة انقسامية واحدة لفترة انقسامات الانقسام المتزامن، التي حددوها، كوحدة لقياس الوقت عند دراسة التطور الجنيني للحيوانات المتغيرة الحرارة؟ و 0 تم استلامه بمبادرة من أ.أ. اسم نيفاخ هو "دتليف"2. ت. هل طور ديتلاف تقنية توقيت تطور الكائنات الحية بوحدات الزمن البيولوجي؟ واستخدمته0 في دراسة العديد من أنواع الحيوانات المتفاعلة مع الحرارة3. ومع ذلك، حتى وقت قريب بقي سؤال مفتوحبشأن مشروعية اعتبار الوحدات المماثلة للمدة وحدات نوع خاصالزمن، إذ كونه مدة فترات العمليات الدورية للكائنات الحية، فإنها تخضع لتقلبات عشوائية، بينما طوال تاريخ تطور مفهوم الزمن، يعتبر التماثل أحد أهم أهم الخصائصوقت. لقد أظهر تحليل مفهوم ومعايير التوحيد بشكل مقنع أن التوحيد هو خاصية ارتباطية للعمليات المادية مقارنة ببعضها البعض، وأنه من الممكن، من حيث المبدأ، وجود مجموعة غير محدودة من فئات العمليات المشتركة (CSP) التي تلبي معايير التوحيد، ولكل منها في المجال المقابل للواقع المادي خصائص التوحيد ومناسبة لإدخال وحدات المدة و القياس العمليالوقت1. في الوقت نفسه، اتضح أن الطاقة الشمسية المركزة يمكن أن توجد في مثل هذه الأنظمة المادية الشاملة والمتكاملة للغاية، حيث تكون العمليات المادية مترابطة ومترابطة بشكل وثيق بحيث تتصرف كتدفق واحد، وتتسارع وتتباطأ بشكل متزامن ومتناسب تحت تأثير مختلف العوامل. بما في ذلك العوامل المتغيرة بشكل عشوائي. الكائنات الحية هي بالضبط هذا النوع من النظام. يتضح وجود فئات من العمليات البيولوجية المماثلة في الكائنات الحية من خلال دراسات T.A. ديتلاف وزملاؤها. ووجدوا أنه مع التغيرات في درجة الحرارة البيئية، تتغير فترات المراحل المختلفة من التطور الجنيني للحيوانات ذات الحرارة المتغيرة بشكل متناسب، وأن هذا النمط ذو طبيعة أساسية، ويغطي العمليات على جميع المستويات الهيكلية لتنظيم الجنين. كما أشار ت.أ. ديتلاف، "... مع تغير درجة الحرارة، مدة العمليات التي لها طبيعة مختلفة تمامًا ويتم تنفيذها في مراحل مختلفةتنظيم الجسم: داخل الخلايا (الجزيئية والبنية التحتية)، الخلوي (أثناء انقسام الخلايا وتمايزها)، على مستوى الحركات المورفولوجية، وعمليات الحث وتولد الأعضاء. وبعبارة أخرى، فإن مجموعة العمليات البيولوجية بأكملها التي تشكل تطور الجنين تتصرف كوحدة واحدة عملية شاملة. ويحتوي على كلاً من البطيء نسبياً (الذي يتدفق على الغراء) المستوى الدقيقعمليات انقسام الخلايا وتمايزها) وعمليات سريعة جدًا، تحدث على المستوى الجزيئي داخل الخلايا، والتي تشمل، على سبيل المثال، التفاعلات الأنزيمية داخل عملية التمثيل الغذائي الخلوي. ومن الواضح تماما أنه إذا كان في بعض المستويات الهيكليةإذا تم انتهاك تنظيم الجنين، فسيتم انتهاك التزامن والتناسب للتغيرات في معدلات العمليات البيولوجية، وهذا من شأنه أن يدمر التدفق الطبيعي لكامل تدفق عمليات تكوين وتطوير الكائن الحي. مشيراً إلى هذا الظرف، قال ت. يؤكد ديتلاف: «لن يكون من المبالغة إذا قلنا أنه بدون هذه القدرة على الشرب، لا يمكن للكائنات الحية ذات الحرارة العالية أن توجد على الإطلاق في الظروف المتغيرة». بيئة خارجية: إذا تغيرت المكونات المختلفة لمجمع العمليات التي تشكل أي مرحلة من مراحل التطوير بشكل غير متزامن، فإن ذلك من شأنه أن يؤدي إلى حدوث انتهاكات التطور الطبيعيوفي مراحل لاحقة - لتعطيل الأداء الطبيعي للجسم. وليس من قبيل المصادفة أن أحد ردود فعل الأجنة الأولى للاقتراب من حدود درجات الحرارة المثلى هو عدم تزامن عمليات النمو الفردية" (المرجع نفسه). الزمن البيولوجي والزمن المادي عشوائيان بشكل متبادل، حيث أن وحدات الزمن البيولوجي تمثل مدة مثل هذه العمليات البيولوجية المتكررة، والتي، عند قياسها بوحدات الزمن الفيزيائي، تتغير بشكل عشوائي، اعتمادًا على التغيرات العشوائية في خصائص الظروف البيئية. عمليات عمل وتطور الكائنات الحية، حتى وراثيا بعيدة تماما عن بعضها البعض الأنواع البيولوجيةعندما يتم توقيتهم بوحدات زمنية بيولوجية خاصة بهم، فإنهم يطيعون القوانين الموحدة للأداء والتطور. في الوقت الحالي، أصبح من الواضح بشكل متزايد أنه من المستحيل الكشف عن جوهر الحياة وتعلم وصفها رياضيًا كحركة خاصة للمادة دون إدخال مفهوم الزمن البيولوجي في الجهاز المفاهيمي لعلم الأحياء. من خلال التوقيت والوصف النظري للعمليات البيولوجية في وحدات الزمن البيولوجي، سيكون من الممكن اختراق العشوائية الخارجية للعمليات لتلك القوانين الديناميكيةوالتي بموجبها يتطور الكائن الحي وفقًا لبرنامج جيني معين. تم تأكيد هذا الاستنتاج من خلال نتائج أكثر من قرن من البحث في تطور الكائنات الحية والعمليات البيولوجية التي تحدث فيها باستخدام وحدات زمنية محددة. ولأول مرة، تم تقديم وحدة خاصة للمدة، والتي أطلق عليها اسم "البلاستوكرون"، من قبل عالم النبات الألماني إي. أسكينازي 1، الذي عرّفها بأنها فترة تكوين أساس واحد من "الوحدة الجذعية" للميتامر 2. بعد ذلك، تم استخدام وحدة قياس المدة "بلاستوكرون" بواسطة K. Thornthwaite1, D.A. سابينين2، إ.ف. ماركوفسكايا وت. Kharkina (Markovskaya، Kharkina 1997)، إلخ. عند دراسة التطور الجنيني للكائنات الحية، كان I.I من أوائل الذين اقترحوا وحدات خاصة للمدة. شمالهاوزن3. ومع ذلك، فإن استخدام I.I. تبين أن وحدات المدة التي وضعها شمالهاوزن، المرتبطة بتغيير معين في حجم الجنين، لا تنطبق إلا عند دراسة نمو الكائن الحي، وليس تطوره. يستخدم بعض الباحثين جزءًا أو آخر من الوقت الإجمالي للتطور الجنيني كوحدة للمدة. تشمل هذه الوحدات، على سبيل المثال، "1% DT" (DT - وقت التطوير)، والذي تم استخدامه في دراسة تطور أجنة سمك الحفش (ديتلاف، جينزبرج، 1954)، والدواجن (إريميف، 1957، 1959)، والحشرات (ستريبل، 1960؛ بول، 1982؛ موري، 1986). وعلى الرغم من أنه لا ينطبق إلا عند دراسة الكائنات الحية التي تخرج من قشر البيض في نفس مرحلة التطور، إلا أنه يسمح لنا باكتشاف العديد من أنماط التطور الجنيني للحيوانات قيد الدراسة. لذلك، ج. إريميف، يدرس التطور الجنيني أنواع مختلفةفي الطيور، يتم التعبير عن وقت بداية مراحل التطور بأجزاء من الفترة من وضع البيض إلى الفقس. ونتيجة لذلك، اتضح أن الطيور الداجنة مثل الدجاج والبط والإوز والديوك الرومية، وكذلك الطيور مثل أبو طيط والحمام المنزلي والخرشنة السوداء، لها نفس مراحل التطور الجنيني عند قياس الوقت بالطريقة المذكورة أعلاه. "في وقت واحد،" بينما في وحدات الزمن الفلكي يصل الفرق في مدة المراحل الفردية لتطور الطيور المختلفة إلى عدة أيام. في أوائل الثمانينات، يو.ن. اقترح جوروديلوف أن تكون وحدة المدة عند دراسة الأنماط الزمنية لتطور الأسماك العظمية هي استخدام "الفترة الزمنية التي تحدث خلالها زيادة في الجسيدة الواحدة أثناء تمييز مجمع البدائية المحورية للجنين من 1 إلى 60". الجسيدات” (جوروديلوف، 1980، ص 471). في علم الجراثيم، هناك رأي مفاده أنه "لتقييم عمليات نمو وتطور البكتيريا، يُنصح باستخدام ليس الوقت الطبيعي المعتاد والمستقر، ولكن وقت التوليد المتغير (؟)..."1. ولسوء الحظ، فإن وحدات الزمن البيولوجي التي قدمها عدد من علماء الأحياء أكبر من أن تتمكن من وضع نموذج رياضي للعمليات البيولوجية الأكثر جوهرية للكائن الحي. هناك أسباب وجيهة للاعتقاد بأن العمليات البيولوجية (الكيميائية الحيوية والفيزيائية الحيوية) للكائن الحي تبدأ بدورات تحفيزية من التفاعلات الأنزيمية لعملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا. في أوائل الستينيات من القرن العشرين، قدم كريستيانسن حججًا مقنعة لصالح تماسك الدورات التحفيزية لجميع جزيئات الإنزيم المشاركة في تحفيز تفاعل كيميائي حيوي محدد3. وفي الوقت نفسه، من الطبيعي أن نفترض ذلك معظمأثناء الدورة التحفيزية، تكون جزيئات الإنزيم الكبيرة في تطابقات مستقرة، ويكون وسط التفاعل في حالة بلورية سائلة، حيث يتم تثبيط حركات الجزيئات في وسط التفاعل إلى أقصى حد. فقط للحظات قصيرة ومحددة بجرعات صارمة من التحولات التوافقية لجزيئات الإنزيم الكبيرة، يدخل وسط التفاعل الحالة السائلة، متحمس للتغيرات المطابقة في جزيئات الإنزيم الكبيرة 1. في هذه الحالة، تتم عمليات نشر الجزيئات في وسط التفاعل بشكل مكثف. وبالتالي، فإن فكرة أن الدورات التحفيزية لجميع جزيئات الإنزيم المشاركة في التفاعل الكيميائي الحيوي تحدث بشكل متزامن هي فكرة مشروعة تمامًا، ولهذا السبب تعد الدورة التحفيزية بمثابة الأهمية البيولوجيةفعل أولي من تفاعل كيميائي حيوي، ومدة هذه الدورة هي أيضًا كمية غير قابلة للتجزئة من الزمن البيولوجي. لا توجد عمليات بيولوجية ضمن كم الزمن البيولوجي، ولكنها تحدث التفاعلات الجسديةالذرات و الجسيمات الأوليةوالعمليات الفيزيائية والكيميائية، إلا أنها لا تستطيع أن تسير بحرية بسبب القيود الهيكلية والتنظيمية المفروضة عليها خلية حية. على وجه الخصوص، يتم إعاقة المسار الطبيعي للعمليات الفيزيائية والكيميائية بسبب العشوائية الأساسية لمدة الدورات التحفيزية، والتي تدمر الأداء الطبيعي في بيئة التفاعل داخل الخلايا القوانين الفيزيائيةوكما كانت، فإنها تعيد إخضاع هذه البيئة لعمل القوانين البيولوجية. الزمن البيولوجي تاريخي ومتعدد المستويات هرميًا. في عملية التطور الجيني، يتحول كل كائن حي، بدءًا من بويضة واحدة مخصبة، تدريجيًا إلى كائن معقد متعدد المستويات هرميًا نظام ماديمع أنماط محددة من التنظيم الزمني للعمليات على مستويات مختلفة. إن مسألة ما إذا كانت الأزمنة البيولوجية ذات المستويات الهرمية المختلفة هي مجرد مستويات مختلفة من نفس الوقت أو ما إذا كانت الأزمنة البيولوجية المختلفة نوعياً تنشأ على مستويات مختلفة تظل مفتوحة اليوم. أما بالنسبة للزمن البيولوجي للهياكل فوق العضوية للمادة الحية، فهو يختلف نوعيا عن الزمن البيولوجي للكائنات الحية. من الواضح أن الوحدات الزمنية الأساسية للهياكل فوق العضوية للمادة الحية يمكن أن تكون فترات حياة الأجيال المتعاقبة من الكائنات الحية المقابلة، كما يفترض العديد من الباحثين. في هذه الحالة، لا ينبغي أن نتحدث عن عمر أجيال من الكائنات الحية متوسطًا على مدار جميع الأوقات، ولكن عن عمر الأجيال التي خلفت بعضها البعض فعليًا في الزمن الحاضر الحالي المباشر، لأنه عبارة عن تغييرات (في وحدات الزمن الفيزيائي ) في فترات وجود الأجيال المتعاقبة التي تعتبر وحدات متطابقة، وتحويلها إلى وحدات زمنية محددة، في حين متوسطها واحتوائها رقم ثابتوحدات الزمن المادي، فترات حياة الأجيال هي وحدات الزمن المادي. في علم الأحياء الحديث، كما هو الحال في الكل علوم طبيعية، مستخدم النظام الدوليوحدات كميات فيزيائية(سي). والانتقال في علم الأحياء من الزمن الفيزيائي إلى الزمن البيولوجي يعادل استبدال إحدى الوحدات الأساسية - الثانية - بالوحدة المقابلة للزمن البيولوجي. وبسبب العشوائية المتبادلة بين الزمن الفيزيائي والبيولوجي، فإن الكميات المشتقة، التي يوجد في أبعادها بعد الزمن الفيزيائي "الثاني"، ستتحول إلى عشوائية المتغيرات. وبالمثل، داخل النظم والعمليات البيولوجية، كل شيء الثوابت الفيزيائية، في أبعادها تظهر "الثانية". ومع معرفة المادة الحية وتحديد القوانين البيولوجية الصحيحة، ستظهر كميات وثوابت مشتقة بيولوجية خاصة بها، والتي في أبعادها سيتم العثور على أبعاد الزمن البيولوجي. على وجه الخصوص، مع الانتقال في الوصف الرياضيالعمليات البيولوجية حسب الزمن البيولوجي، فإن مفهوم “الحركة المكانية المنتظمة” سيفقد معناه وستكون هناك حاجة لتطوير فكرة عن “الفضاء البيولوجي” للكائن الحي، مسافات متساويةحيث يتم تعريفها ليس في الوحدات المكانية، ولكن في الوحدات الزمنية. انظر: "تاريخية الزمن"؛ "وقت متعدد المستويات"؛ "نسبية توحيد الزمن"؛ " الوقت الجسدي" أشعل. ديتلاف ت. أنماط درجة الحرارة والوقت لتطور الحيوانات المتغيرة الحرارة. - م: نوكا، 2001. - 211 ص. خاسانوف آي. ظاهرة الزمن. الجزء الأول. الوقت الموضوعي. - م.، 1998. خاسانوف أ. الزمن: الطبيعة، التوحيد، القياس. - م: تقليد التقدم، 2001. خاسانوف أ. الوقت البيولوجي. - م.، 1999. - 39 ص. // http://www.chronos. msu.ru/RREPORTS/khasanov_biologicheskoe.pdf إلجيز أ. خاسانوف

هل من الممكن التباطؤ والتسريع؟ الوقت البيولوجي؟ لقد أصبح علماء الأحياء قادرين جزئيًا على إبطائه. يكفي تبريد الجسم، وسوف تتباطأ الكائنات الحية في وتيرتها، أو حتى تتوقف تمامًا، ولكن عندما تزيد، فإنها ستستعيد إيقاعها الطبيعي. لطالما فكر العلماء في كيفية إيقاف الساعة البيولوجية لرواد الفضاء لفترة معينة. في هذه الحالة، يمكنهم الوصول إلى الكواكب البعيدة، تقريبًا دون أن يتقدموا في السن أثناء الرحلة. لكن تسريع الزمن البيولوجي لا يزال أكثر صعوبة.

كيفية تركيز الوقت البيولوجي؟ لقد قرر علماء الأحياء أن المواد الخاصة التي تسمى المنشطات الحيوية تعمل كنوع من مكثف الزمن البيولوجي. يبدو أن آلية الساعة البيولوجية هي نفسها في جميع الكائنات الحية، باستثناء البكتيريا، التي لم "تكتسب" ساعة على الإطلاق. ولكن هل تحدث العمليات الحيوية بنفس السرعة في الكائنات وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا؟ ففي النهاية، بالنسبة للبعض، تستمر الحياة يومًا واحدًا، وبالنسبة للآخرين – قرنًا من الزمان.

هنا الدوارة - مخلوق مجهري ولكن متعدد الخلايا. تعيش بعض الأنواع لمدة أسبوع واحد فقط. خلال هذا الأسبوع، يكون لدى الدوارة الوقت الكافي للنمو والشيخوخة. فكيف يمر الوقت البيولوجي في هذه الدوارة كما هو الحال عند البشر أو أسرع بثلاثة آلاف مرة؟

لقد أعطت الطبيعة نفسها للباحث جهازًا يتيح له مراقبة مرور الزمن البيولوجي في الكائن الحي دون الدخول مباشرة في حياته ودون إخلال بالعلاقات في بنيته. هذا الجهاز هو عملية التقسيم نفسها. ويتحدث معدل انقسامها بشكل غير مباشر عن عملية التمثيل الغذائي داخلها وعن الوقت الذي تعيش فيه. انقسام الخلايا يعطي المزيد معلومات مهمة– أين هي الآلية التي تتحكم في مسار الزمن البيولوجي في الأحياء.

للوهلة الأولى، يبدو غريبًا بعض الشيء أن الفيل والإنسان والفأر وغيرهم من الثدييات، والتي تختلف بشكل كبير في الحجم ومتوسط ​​العمر المتوقع، يخطوون خطواتهم الأولى نحو مسار الحياةافعلها بنفس السرعة.

إذا نظرنا إلى الخطوات الأولى للحياة في التطور من خلية واحدة وقارننا بين الفأر والفيل، يتبين أن الفيل يعيش 60 عامًا، والفأر يعيش 2-3 سنوات. يبلغ التطور الجنيني في الفأر 21 يومًا، وفي الفيل 660 يومًا، أي ما يقرب من عامين. كل شيء يبدأ في نفس الوقت، لكنه ينتهي بطرق مختلفة. ربما كان الوقت البيولوجي لخلية الفأر أسرع على الفور، وكان أسرع بعدة مرات في التطور من جنين الفيل؟ لا هذا ليس صحيحا. يتطور كل من الفأر والفيل الصغير بنفس السرعة خلال الأيام السبعة الأولى. ولكن لماذا تمتلك أجنة الفيل والفأر نفس الساعات البيولوجية في الأسبوع الأول؟

اتضح أنه خلال هذه الفترة، كانت جميع أجنة الثدييات تقريبًا لديها ساعة بيولوجية مضبوطة على "الكلب"، إذا جاز التعبير. الآليات الوراثية - الجينات التي تنظم معدل النمو والتمثيل الغذائي - لا تعمل في هذا الوقت.

أولاً، يكتسب الجنين كتلة من الخلايا، والتي سيتم بعد ذلك بناء أعضاء مختلفة فيها. بمجرد أن يبدأ بناء الأعضاء، يبدو الأمر كما لو أن زنبرك الساعة قد جرح. تتم الآن معالجة كل نبات بعناية وليس بشكل كامل. كل عمل الساعة البيولوجية يقع تحت سيطرة الجهاز الوراثي، وكلما أصبح الكائن الحي أكثر تعقيدا مع تطوره، كلما زادت وضوح الجينات في إنتاج المعلومات. يبدأ الجسم بالسيطرة على عمل الساعة البيولوجية، ويعمل عمل الهرمونات المختلفة على إبطاء الوقت البيولوجي بشكل أكبر. في جنين لا تكون ساعته البيولوجية مقيدة بشدة بالجهاز الوراثي والتأثيرات الهرمونية، لأنه لم يطور بعد نظام الغدد الصماء.

هل من الممكن إزالة فرملة الزمن من كائن حي بالغ وجعله يعيش بشكل أسرع؟ ربما هناك مواد تركز الوقت، أو بشكل أكثر بساطة ودقة، تزيل فرامل الوقت؟ الخطر كله في هذه الحالة يعود إلى تعطيل الساعة البيولوجية. يجب أن يكون تسريع عملية التمثيل الغذائي وانقسام الخلايا متناغمًا ودائمًا ضمن الحدود الطبيعية. تتم عملية التمثيل الغذائي في الخلايا الحية دائمًا بعدة سرعة أقلتحتوي الخلية على احتياطيات كبيرة جدًا في حالة الخطر. هذا يعني أنه إذا أعطيت إشارة خطر، فسوف تقوم الخلية بإزالة مكابحها المؤقتة جزئيًا وستستمر جميع العمليات فيها بسرعة متزايدة. للقيام بذلك، من الضروري العمل مباشرة على تلك الجينات التي تنظم السرعة التفاعلات الكيميائيةجزيئات حيوية ضخمة داخل الخلية.

كيف يمكنك إعطاء خلية إشارة خطر؟ في عملية التطور، طورت خلايا الجسم آلية تتصور منتجات الاضمحلال التي يتم الحصول عليها من الخلايا المعاناة في الحي. وبما أن الكائنات الحية لديها نفس الآليات الجزيئية لإدراك الخطر، ففي وجود منتجات الاضمحلال فإن الساعات البيولوجية لكل من الحيوانات والنباتات سوف تتسارع. هذا هو السبب في أن أوراق الصبار المحفوظة في الظلام، أو الأنسجة الحيوانية المحفوظة عند درجة حرارة 4 درجات مئوية لعدة أيام، تحتوي بالفعل على مواد يمكنها تسريع عملية التمثيل الغذائي في خلايا الجسم التي سيتم إدخالها إليها.

في بداية التطور الجنيني، يعيش الشخص في وقت بيولوجي متسارع. ومع تطوره، يتباطأ الزمن البيولوجي. بعد الولادة، يستمر حدوثه بشكل أسرع إلى حد ما منه عند البالغين. مع تقدم الناس في السن، يبدو أن الوقت "يتوقف". أليس من الممكن أن يلعب مكبح الزمن – جينات الوقت – دوره هنا بكامل طاقته؟

تختلف أجهزة الساعة البيولوجية كاختلاف أجهزة ساعة التوقيف و مزولة. بعضها دقيق ومستقر، والبعض الآخر لا يمكن الاعتماد عليه بدرجة كبيرة، وبعضها يتم التحكم فيه عن طريق الدورات الكوكبية، والبعض الآخر عن طريق الدورات الجزيئية...

آلية قياس الوقت مغلقة من خلال دائرة: القشرة - الجسم المخطط - التولاموس - القشرة... حقن مسرحيات الدوبامين دور مهمفي ترميز الفاصل الزمني... الماريجوانا تقلل مستويات الدوبامين وبالتالي تبطئ الوقت. تعمل المخدرات مثل الكوكايين والميثامفيتامين على زيادة مستويات الدوبامين وتسريع الساعة التي تقيس الفواصل الزمنية. يعمل الأدرينالين وهرمونات التوتر الأخرى بنفس الطريقة، وبالتالي الوضع غير المواتيثانية يمكن أن تبدو وكأنها ساعة. في حالة التركيز العميق أو الإثارة العاطفية القوية، يمكن أن يتم حظر النظام تمامًا ومن ثم يبدو أن الوقت قد توقف أو حتى غير موجود على الإطلاق. الموقت قادر على العمل في العقل الباطن أو يخضع للسيطرة الواعية. دقة الموقت الفاصل من 5 إلى 60٪.

ولحسن الحظ، هناك المزيد ساعة دقيقة- الساعة البيولوجية (من اللاتينية حوالي - حول وديم - يوم). إنهم يجبروننا على الخضوع لدورات النهار والليل الناجمة عن دوران الأرض... ترتفع درجة حرارة الجسم بانتظام في المساء وتنخفض قبل عدة ساعات من الاستيقاظ في الصباح. يبدأ ضغط الدم في الارتفاع بين 6 و 7 ساعات. في الصباح، يكون إفراز هرمون التوتر كارتيزون أعلى بـ 10-20 مرة منه في الليل. عادة ما يتم قمع الرغبة في التبول وحركات الأمعاء في الليل وتستأنف في الصباح... يتم تخزين الدورات اليومية في كل خلية من خلايا الجسم... التغييرات في الدورة لا تزيد عن 1٪. ليس هناك حاجة للضوء لتأسيس الدورة البيولوجية، ولكن من الضروري مزامنة هذه الساعات المبرمجة مع الدورة البيولوجية الطبيعية.

مجموعتين كل منهما 10.000 الخلايا العصبية، الموجودة في منطقة ما تحت المهاد، هي موقع الساعة... وتسمى هذه المراكز بالنواة فوق التصالبية (SCN). جوزيف تاكاهاشي من جامعة نورث وسترن... يعتقد أن هناك مذبذبات في أعضائنا تعمل بشكل مستقل عن المذبذبات في أدمغتنا ... قد يستغرق ضبط إيقاعات الساعة البيولوجية حسب التغيير المفاجئ للمنطقة الزمنية أيامًا أو حتى أسابيع ... "البوم" ... على الرغم من أنهم يستطيعون ذلك النوم أثناء النهار، تستمر إيقاعاتها العميقة في التحكم بواسطة SCN، وبالتالي "تنام" هذه الإيقاعات ليلاً... يمكنك ضبط نومك بشكل تعسفي، لكن من غير الواقعي تحديد وقت التغيير في مستوى الميلاتونين وكارتيزون نفسك.

يمكن أن يؤدي عدم التوافق بين روتينك اليومي ومدته إلى الاضطراب العاطفي الموسمي. في الولايات المتحدة، من أكتوبر إلى مارس، لكل عشرين شخصًا، يسبب هذا المرض اللامبالاة، والتعب، وزيادة الوزن، والتهيج... كل مشاكلنا تأتي من حقيقة أننا لا نذهب إلى الفراش بعد حلول الظلام ولا نستيقظ مع شروق الشمس... إذا كانت الإيقاعات الموسمية كذلك يتم التعبير عنها بقوة عند الحيوانات وإذا كان لدى الإنسان الأعضاء اللازمة للتعبير عنها، فلماذا فقدناها؟ يعتقد مايكل ميناكر أننا لم يكن لدينا على الإطلاق "بعد كل شيء، عشنا في المناطق الاستوائية، وسلوك العديد من الحيوانات الاستوائية لا يتأثر تقريبا بتغير الفصول، فهي لا تحتاج إليها، لأن الفصول نفسها "لا يمكن تمييزه تقريبًا"... السبب الذي يحدد مدة الدورة الشهرية غير معروف. أنه يطابق المدة دورة القمر، مجرد صدفة.

لا يمكن ربط العمر الطبيعي بجينات النوع فقط... يمكن أن يؤدي معدل الأيض المرتفع إلى تقصير العمر، وليس من الضروري أن تعيش الحيوانات الكبيرة ذات الأيض البطيء أكثر من الحيوانات الصغيرة... ككرونومتر يشير إلى نهاية الحياة، ضع في اعتبارك .. الساعة الانقسامية . إنهم يراقبون الانقسام الفتيلي، وهو العملية التي تنقسم فيها خلية واحدة إلى قسمين... تخضع الخلايا المزروعة في المزرعة لما بين 60 إلى 100 انقسام انقسامي، وبعد ذلك تتوقف العملية... وفي عام 1997، أعلن سديوي أنه قادر على جعل الخلايا الليفية البشرية تؤدي 20 عملية انقسام. إلى 30 دورة انقسام إضافية بسبب طفرة جين واحد. يقوم هذا الجين (p21) بتشفير تخليق البروتين الذي يستجيب للتغيرات في الهياكل التي تسمى التيلوميرات، والتي تغلق نهايات الكروموسومات. ومع كل انقسام، تنفصل الأجزاء وتفقد من التيلوميرات. ويعتقد علماء الأحياء أن الخلايا تشيخ عندما تصبح التيلوميرات أصغر. طول معين... الخلايا التي يمكنها تجاهل التيلوميرات القصيرة تصبح سرطانية. وظيفة p21 والتيلوميرات هي إجبار الخلايا على التوقف عن الانقسام قبل أن تصبح سرطانية. في الواقع، قد تؤدي شيخوخة الخلايا إلى إطالة العمر بدلاً من أن تؤدي إلى النهاية. في الوقت الحاضر، لا يمكن اعتبار العلاقة بين قصر التيلومير والشيخوخة مثبتة. بالنسبة لمعظم الخلايا ليست هناك حاجة للانقسام. وتشكل خلايا الدم البيضاء المقاومة للعدوى وسلائف الحيوانات المنوية استثناءً. يموت العديد من كبار السن من أمراض بسيطة. الخلل... قد يرتبط بشيخوخة الجهاز المناعي... فقدان التيلوميرات هو مجرد واحد من الأضرار العديدة التي تتلقاها الخلايا عند الانقسام... الخلايا التي خضعت لانقسامات متعددة تحتوي على أخطاء وراثية أكثر من الخلايا الصغيرة. لذلك ليس من المستغرب أن يضع الجسم حدًا للانقسام الفتيلي. ومحاولة خداع عملية شيخوخة الخلايا ربما لن تؤدي إلى الخلود.