vrijeme u biologiji. Biološko vrijeme i starost

Biološki ritmovi (bioritmovi)(od grčkog βίος - bios, "život" i ῥυθμός - ritmos, "bilo koji ponavljajući pokret, ritam") - periodično ponavljajuće promjene u prirodi i intenzitetu bioloških procesa i pojava. Oni su karakteristični za živu materiju na svim nivoima njene organizacije - od molekularne i supćelijske do biosfere. Oni su fundamentalni proces u prirodi. Neki biološki ritmovi su relativno nezavisni (na primjer, učestalost kontrakcija srca, disanje), drugi su povezani s prilagođavanjem organizama na geofizičke cikluse - dnevne (na primjer, fluktuacije u intenzitetu diobe stanica, metabolizma, motoričke aktivnostiživotinje), plima (na primjer, otvaranje i zatvaranje školjki u morskim mekušcima povezano s nivoom morske oseke), godišnje (promjene u broju i aktivnosti životinja, rast i razvoj biljaka itd.)

Nauka koja proučava ulogu faktora vremena u implementaciji bioloških pojava iu ponašanju živih sistema, vremenskoj organizaciji biološki sistemi, priroda, uslovi za nastanak i značaj bioritma za organizme naziva se - bioritmologija. Bioritmologija je jedan od pravaca koji se formirao 1960-ih godina. dio biologije - hronobiologija. Na raskrsnici bioritmologije i klinička medicina postoji takozvana kronomedicina, koja proučava odnos bioritma s tokom raznih bolesti, razvija sheme za liječenje i prevenciju bolesti uzimajući u obzir bioritmove i istražuje druge medicinski aspekti bioritmovi i njihovi poremećaji.

Bioritmovi se dijele na fiziološke i ekološke. Fiziološki ritmovi, u pravilu, imaju periode od djelića sekunde do nekoliko minuta. To su, na primjer, ritmovi pritiska, otkucaja srca i krvnog pritiska. Ekološki ritmovi se po trajanju poklapaju sa bilo kojim prirodnim ritmom okruženje.

Biološki ritmovi su opisani na svim nivoima, od najjednostavnijih biološke reakcije u kavezu i završava kompleksom bihevioralne reakcije. Dakle, živi organizam je skup brojnih ritmova sa različitim karakteristikama. Prema najnovijim naučnim podacima, oko 400 [ ] cirkadijalni ritmovi.

Prilagodba organizama na okolinu u procesu evolucijski razvoj išao u pravcu njihovog poboljšanja strukturnu organizaciju, te koordinaciju u vremenu i prostoru aktivnosti raznih funkcionalni sistemi. Izuzetna stabilnost u učestalosti promjena osvjetljenja, temperature, vlažnosti, geomagnetno polje i drugi parametri životne sredine usled kretanja Zemlje i Meseca oko Sunca, omogućili su živim sistemima u procesu evolucije da razviju stabilne i otporne na spoljašnje uticaje vremenske programe, čija su manifestacija bioritmovi. Ovi ritmovi, koji se ponekad nazivaju životne sredine, ili adaptivni (na primjer, dnevni, plimni, lunarni i godišnji) fiksirani su u genetskoj strukturi. U veštačkim uslovima, kada je telo lišeno informacija o spoljašnjem prirodne promjene(na primjer, u neprekidnom svjetlu ili tami, u prostoriji u kojoj se održava na istom nivou vlažnosti, pritiska i sl.) periodi takvih ritmova odstupaju od perioda odgovarajućih ritmova okoline, manifestirajući tako svoj period.

Istorijat

O postojanju biološki ritmovi ljudi znaju od davnina.

Teorija "tri ritma"

Akademski istraživači su odbacili "teoriju tri bioritma". Teorijska kritika opisano, na primjer, u popularnoj naučnoj knjizi priznatog stručnjaka za kronobiologiju Arthur Winfrey. Nažalost, autori naučnih (ne popularnih) radova nisu smatrali potrebnim posebno posvetiti vrijeme kritici, međutim, brojne publikacije (na ruskom, na primjer, zbirka koju je uredio Jurgen Aschoff, knjiga L. Glassa i M. Mackie i drugi izvori) dozvoljavaju da se zaključi da je "teorija tri bioritma" lišena naučnih osnova. Mnogo je uvjerljivija, međutim, eksperimentalna kritika "teorije". Brojni eksperimentalni testovi 1970-ih i 80-ih potpuno su opovrgli "teoriju" kao neodrživu. Trenutno, teorija tri ritma» naučnoj zajednici nije priznato i smatrano pseudonaukom.

Hvala za rasprostranjena « teorija tri ritmova“, riječi „bioritam“ i „hronobiologija“ često se povezuju sa pseudonaukom. U stvari, hronobiologija je disciplina zasnovana na naučnim dokazima koja leži u tradicionalnom akademskom mejnstrimu istraživanja, a zabuna nastaje zbog zloupotrebe imena naučna disciplina u odnosu na pseudonaučnu teoriju.

vidi takođe

Bilješke

βίος (neodređeno) . Grčko-engleski leksikon. Perseus.
Henry George Liddell, Robert Scott. ῥυθμός (neodređeno) . Grčko-engleski leksikon. Perseus.

Moderno razumijevanje biološkog vremena dolazi od prepoznavanja pravog vremena za biološke sisteme. Ovo vrijeme se manifestira u obliku vremena dijelova organizma, vremena pojedinca, vremena smjene generacija bez promjene oblika života i vremena promjene životnih oblika istovremeno sa smjenom generacija (evolucijsko vrijeme) . Sa relativnom autonomijom, biološko vrijeme mjeri se prvenstveno vrijeme pojedinca sopstveni sat, koji su različite vrste ritmički procesi koji se javljaju u subćelijskim strukturama, ćelijama, tkivima, organima, fiziološkim sistemima. Korelirajući svoje vlastito vrijeme sa svjetskim vremenom (fizičkim vremenom vanjskog svijeta), živi sistemi odražavaju ovo posljednje u vlastitoj vremenskoj strukturi. Ali pošto ne postoji čisto, prazno vreme, već postoji vreme trajanja materijalnih procesa, onda je odnos spoljašnjeg (sveta) i unutrašnjeg vremena odnos trajanja spoljašnjih i unutrašnjih procesa.

Budući da je oblik postojanja materije, vrijeme se istovremeno postvaruje („objektivira“) u različitim materijalnim procesima, a živi sistemi odražavaju spoljašnje, svjetsko vrijeme u meri u kojoj njihovi unutrašnji i vitalni (metabolički, fiziološki) procesi odražavaju procese spoljašnjeg sveta. S druge strane, unutrašnje, biološko vrijeme je autonomno u onoj mjeri u kojoj su životni procesi datog živog sistema autonomni. Budući da je neraskidivo povezan sa spoljašnjim svetom (okolinom), delujući kao element sistema „organizam-sredina“, živi sistem ne rastvara se u ovoj sredini, ali zadržava svoju izolovanost od okoline, opire joj se. Budući da je proizvod sredine, živi sistem je drugost ove sredine, njena selektivno akumulirana istorija. Dakle, suprotstavljanje organizma okolini nije apsolutno, već relativno, uz očuvanje zajedništva u osnovnoj, glavnoj stvari. Osnovni zakoni toka vremena isti su za vanjski svijet i za žive sisteme. Međutim, manifestacije ovih zakona u živim sistemima imaju određene specifičnosti. Kao ugrušak organizovane materije odvojen od okoline i njome generisan, živi sistem zadržava svoju izolovanost od okoline, svoju kvalitativnu izvesnost – uprkos „napadu“ sredine kojoj se (živi sistem) odupire, iz razloga , posebno, da vrijeme u živom sistemu teče drugačije nego u vanjskom svijetu (da to nije slučaj, živi sistem bi se odmah rastvorio u vanjskom svijetu).

Brza struja domaca životni procesi predstavljaju zbijenu drugost (i prikaz) sporo tekuih procesa vanjskog svijeta.

Trenutačni reflektivni čin živog sistema koji je u u određenom smislu akumulirano vrijeme, na svim fazama - na ulazu, u središnjim karikama, na izlazu - oličava dijalektičko neodvojivo jedinstvo prošlosti, sadašnjosti i budućnosti. Stvarni sadržaj trenutne refleksije nije samo odgovor na spoljni uticaj, a odgovor izgrađen na osnovu prošlosti je prognoza, koja nužno predviđa budućnost i dovodi je u sadašnjost.

Organizam je samo relativno autonoman; na kraju krajeva, organizam je element sistema "okruženje-organizam". Stoga je njegova refleksivna aktivnost u suštini samorefleksija sistema "okruženje-organizam". Personifikujući aktivni princip ovog sistema, organizam svojom aktivnošću predodređuje svoje kretanje i razvoj. U toku evolucije, tijelo je steklo specijalizirani aparat za refleksiju - nervni sistem. Osiguravajući integraciju dijelova tijela u jedinstvenu cjelinu, nervni sistem istovremeno osigurava efikasnu upotrebu ovih dijelova (i tijela u cjelini) u organizaciji aktivnosti zasnovanih na refleksiji koju sprovode njegovi viši odjeli. . Iako specijalizovani aparat refleksije koji je nastao u evoluciji - nervni sistem - dalje potčinjava svoju osnovu, tjelesnu organizaciju, nervni sistem u svojoj refleksivnoj aktivnosti čuva i unapređuje glavno i početno svojstvo biološke refleksije - njen usmjereni anticipativni karakter. Djelatnost refleksije leži u činjenici da svi, uključujući i visoko organizirani, živi sistemi koji imaju nervni sistem, donesu nešto svoje u odraz. Ovo "svoje" je upravo napredak usmjeren potrebom.

ujednačeno trajanje klase uniformnih bioloških procesa živog organizma. Ideja da je priroda živih organizama određena prvenstveno specifičnostima vremenske organizacije procesa koji se u njima odvijaju izražena je u sredinom devetnaestog stoljeća od Carla Ernsta von Baera. Neki istraživači su pokušali da uvedu u naučnu upotrebu koncepte "biološkog vremena" (Vernadsky V.I.), "fiziološkog vremena" (leconte du Nouilly), "organskog vremena" (Backman G.). Međutim, nedovoljan razvoj filozofske doktrine o vremenu nije omogućio da se uvedeni pojmovi definiraju na način da se mogu koristiti u eksperimentalnom i teorijske studije baš kao što se koncept "vremena" koristi u fizici. Istraživači koji su se približili adekvatnom razumijevanju biološkog vremena otkrili su da ako se periodi bilo kojih ponavljajućih procesa živog organizma koriste kao samoidentična jedinica trajanja, onda se mogu identificirati specifični obrasci njegovog razvoja. Posebno značajne rezultate u ovom načinu istraživanja dobili su T.A. Detlaf1, koja je 1960. godine, zajedno sa svojim bratom, fizičarem A.A. Detlafom, predložila da se koristi trajanje jednog mitotičkog ciklusa perioda sinhronih podjela cijepanja, koje su oni odredili? i 0 primljeno na inicijativu A.A. Neifakh ime "detlaf"2. T.A. Detlaff je razvio metodu za mjerenje vremena razvoja živih organizama u jedinicama biološkog vremena? i koristio ga 0 u proučavanju mnogih vrsta poikilotermnih životinja3. Međutim, do nedavno je to ostalo otvoreno pitanje o legitimnosti kvalificiranja takvih jedinica trajanja kao jedinica poseban tip vremena, budući da su kao trajanja perioda cikličkih procesa živih organizama podložni nasumičnim fluktuacijama, dok se kroz istoriju razvoja pojma vremena uniformnost smatra jednim od najvažnija svojstva vrijeme. Analiza koncepta i kriterijuma uniformnosti uverljivo je pokazala da je uniformnost korelativno svojstvo upoređenih materijalnih procesa i da je u principu moguće imati neograničen skup klasa srazmernih procesa (CSP) koje zadovoljavaju kriterijume uniformnosti, od kojih svaka od kojih u odgovarajućem području materijalne stvarnosti ima svojstva uniformnosti i pogodan je za uvođenje jedinica trajanja i praktična dimenzija vrijeme1. Istovremeno se pokazalo da CSP mogu postojati u tako holističkim, visoko integriranim materijalnim sistemima u kojima su materijalni procesi toliko usko povezani i spregnuti da se ponašaju kao jedan tok, sinhrono i proporcionalno ubrzavajući i usporavajući pod utjecajem različitih, uključujući faktore koji se nasumično mijenjaju. Takvi sistemi su živi organizmi. O prisutnosti klasa srazmjernih bioloških procesa u živim organizmima svjedoče studije T.A. Detlaf i njene kolege. Utvrdili su da se trajanje različitih faza embrionalnog razvoja kod poikilotermnih životinja mijenja proporcionalno promjenama temperature okoline, te da je ta pravilnost fundamentalne prirode i obuhvata procese svih strukturnih nivoa organizacije embriona. Kako je primijetio T.A. Detlaf, „... sa promjenom temperature, trajanje procesa vrlo različite prirode i odvija se dalje različitim nivoima organizacija organizma: intracelularna (molekularna i ultrastrukturna), ćelijska (u toku ćelijske deobe i diferencijacije), na nivou morfogenetskih kretanja, procesa indukcije i organogeneze”2. Drugim riječima, cijeli skup bioloških procesa koji čine razvoj embrija ponaša se kao jedan holistički proces. Sadrži oba relativno sporo (teče na ljepilu tačan nivo procesi diobe stanica i njihova diferencijacija), kao i vrlo brzi, koji se odvijaju na intracelularnom, molekularnom nivou, koji uključuju, na primjer, enzimske reakcije unutarćelijskog metabolizma. Sasvim je očigledno da ako na nekim strukturni nivoi poremećena je organizacija embriona, sinhronizam i proporcionalnost promene brzina bioloških procesa, što bi narušilo pravilan tok celokupnog toka procesa formiranja i razvoja živog organizma. Ukazujući na ovu okolnost, T.A. Detlaf naglašava: „Ne bi bilo pretjerano ako bismo rekli da bez ove sposobnosti pijenja, termalni organizmi uopće ne bi mogli postojati u promjenjivim uvjetima. spoljašnje okruženje: ako se različite komponente kompleksa procesa koji čine bilo koju fazu razvoja mijenjaju asinhrono, onda bi to dovelo do kršenja normalan razvoj, au kasnijim fazama - do poremećaja normalnog funkcioniranja tijela. Nije slučajno da je jedna od prvih reakcija embriona na približavanje granicama optimalnih temperatura desinhronizacija individualnih razvojnih procesa” (Isto). Biološko i fizičko vrijeme su međusobno stohastički, budući da su jedinice biološkog vremena trajanja takvih bioloških procesa koji se ponavljaju, koji se, mjereni u jedinicama fizičkog vremena, nasumično mijenjaju u zavisnosti od slučajnih promjena karakteristika okolnih uslova. Procesi funkcionisanja i razvoja živih organizama, čak i genetski prilično udaljeni jedan od drugog vrste kada ih mjere u jedinicama vlastitog biološkog vremena, oni se pokoravaju istim zakonima funkcioniranja i razvoja2. Trenutno je sve očiglednije da je nemoguće otkriti suštinu života i naučiti ga matematički opisati kao posebno kretanje materije bez uvođenja pojma biološkog vremena u konceptualni aparat biologije. Određivanjem vremena i teorijskim opisivanjem bioloških procesa u jedinicama biološkog vremena, bit će moguće probiti vanjsku stohastičnost procesa do onih dinamički zakoni, prema kojem se, u skladu sa datim genetskim programom, razvija organizam. Ovaj zaključak potvrđuju i rezultati više od sto godina istraživanja razvoja živih organizama i bioloških procesa koji se u njima odvijaju korištenjem specifičnih jedinica trajanja. Po prvi put, posebnu jedinicu trajanja, koju je nazvao "plastochrone", uveo je njemački botaničar E. Askenazi1, koji ju je definirao kao period inicijacije jednog rudimenta metamera2 "jedinice stabljike". Nakon toga, mjernu jedinicu trajanja "plastohron" koristili su K. Thornthveit1, D.A. Sabinin2, E.F. Markovskaya i T.G. Kharkina (Markovskaya, Kharkina 1997) i dr. Prilikom proučavanja embrionalnog razvoja živih organizama, jedan od prvih koji je predložio posebne jedinice trajanja bio je I.I. Schmalhausen3. Međutim, koju je koristio I.I. Schmalhausenove jedinice trajanja, povezane s određenom promjenom volumena embrija, pokazale su se primjenjivima samo u proučavanju rasta organizma, a ne njegovog razvoja. Neki istraživači koriste jedan ili drugi dio ukupnog vremena embrionalnog razvoja kao jedinicu trajanja. Takve jedinice uključuju, na primjer, "1% DT" (DT - Development Time), koji se koristio u proučavanju razvoja embriona jesetri (Detlaf, Ginzburg, 1954), peradi (Eremeev, 1957, 1959), insekata ( Striebel 1960; Ball 1982; Mori 1986). I iako je primjenjiv samo u proučavanju organizama koji izlaze iz jajnih membrana u istoj fazi razvoja, ipak omogućava otkrivanje mnogih pravilnosti u embrionalnom razvoju proučavanih životinja. Dakle, G.P. Eremejev, proučavajući embrionalni razvoj različite vrste kod ptica, vrijeme početka razvojnih faza izraženo je u dijelovima perioda od polaganja jaja do izleganja. Kao rezultat toga, ispostavilo se da se kod peradi kao što su kokoši, patke, guske, ćurke, kao i kod ptica kao što su vijun, domaći golub, crna čigra, javljaju iste faze embrionalnog razvoja kada se mjere vrijeme korištenjem gornje metode " istovremeno“, dok u jedinicama astronomskog vremena razlika u trajanju pojedinih faza razvoja kod različitih ptica doseže više dana. Početkom 80-ih Yu.N. Gorodilov je predložio da se koristi „vremenski period tokom kojeg dolazi do povećanja jednog somita tokom metamerizacije kompleksa aksijalnog rudimenta embriona od 1 do 60 somita“ (Gorodilov, 1980, str. 471). U bakteriologiji postoji mišljenje da je “za procjenu procesa rasta i razvoja bakterija preporučljivo koristiti ne uobičajeno i stabilno fizičko vrijeme, već promjenjivo vrijeme generiranja (?)...”1. Nažalost, jedinice biološkog vremena koje su uveli brojni biolozi su prevelike da bi matematički modelirali fundamentalnije biološke procese živog organizma2. Postoje dobri razlozi da se vjeruje da biološki (biohemijski i biofizički) procesi živog organizma počinju katalitičkim ciklusima enzimskih reakcija unutarćelijskog metabolizma. Još ranih 1960-ih Christiansen je iznio uvjerljive argumente u prilog koherentnosti katalitičkih ciklusa svih molekula enzima uključenih u katalizu određene biohemijske reakcije3. Istovremeno, prirodno je to pretpostaviti većina tokom katalitičkog ciklusa, makromolekule enzima su u stabilnim konformacijama, a reagujući medij je u tečno-kristalnom stanju4, u kojem su kretanja molekula u reakcionom mediju maksimalno inhibirana. samo za kratke, strogo dozirane trenutke konformacionih prelaza makromolekula enzima, reakcioni medij dolazi do tečno stanje, pobuđen konformacijskim promjenama u makromolekulama enzima1. U tom slučaju se intenzivno odvijaju procesi difuzije molekula u reakcionom mediju. Stoga je sasvim legitimno vjerovati da se katalitički ciklusi svih molekula enzima uključenih u biokemijsku reakciju odvijaju sinhrono, zbog čega je katalitički ciklus biološki značaj elementarni čin biohemijske reakcije, a trajanje ovog ciklusa je dalje nedeljiv kvant biološkog vremena. U kvantima biološkog vremena ne postoje biološki procesi, ali postoje fizičke interakcije atomi i elementarne čestice i fizičko-hemijski procesi, međutim, ne mogu se odvijati slobodno zbog strukturnih i organizacijskih ograničenja koja su im nametnuta živa ćelija. Konkretno, fundamentalna stohastičnost trajanja katalitičkih ciklusa ometa normalan tok fizičkih i fizičko-hemijskih procesa, što uništava normalno funkcionisanje u unutarćelijskom reakcionom mediju. fizički zakoni i, takoreći, podređuje ovu sredinu djelovanju bioloških zakona. Biološko vrijeme je istorijsko i hijerarhijski višeslojno. U procesu ontogenetskog razvoja, svaki živi organizam, počevši od jednog oplođenog jajeta, postepeno se pretvara u složen hijerarhijski višeslojni sistem. materijalni sistem sa specifičnim obrascima vremenske organizacije procesa na različitim nivoima. Pitanje da li su biološka vremena različitih hijerarhijskih nivoa samo različiti nivoi skale istog vremena ili se kvalitativno različita biološka vremena pojavljuju na različitim nivoima, ostaje otvoreno i danas. Što se tiče biološkog vremena supraorganizmskih struktura žive materije, ono se kvalitativno razlikuje od biološkog vremena živih organizama. Glavne jedinice vremena supraorganizmskih struktura žive materije, očigledno, mogu biti životni vek uzastopnih generacija odgovarajućih živih organizama, kao što mnogi istraživači sugerišu. Pritom, ne treba govoriti o životnom vijeku generacija živih organizama u prosjeku za sva vremena, već o životnom vijeku generacija koje se zapravo međusobno zamjenjuju u trenutno aktuelnom vremenu, budući da se radi o promjenama (u jedinicama fizičko vrijeme) životnih vekova uzastopnih generacija koji se smatraju kongruentnim jedinicama, pretvaraju ih u jedinice određenog vremena, dok su u prosjeku i sadrže konstantan broj jedinice fizičkog vremena periodi života generacija su jedinice fizičkog vremena. AT moderna biologija, kao i kod svih prirodne nauke, korišteno Međunarodni sistem jedinice fizičke veličine(SI). Prijelaz u biologiji iz fizičkog u biološko vrijeme jednak je zamjeni jedne od osnovnih jedinica - druge - odgovarajućom jedinicom biološkog vremena. Zbog međusobne stohastičnosti fizičkog i biološkog vremena, izvedene veličine, u čijim dimenzijama postoji dimenzija fizičkog vremena "sekunda", pretvoriće se u stohastičke varijable. Slično, unutar bioloških sistema i procesa, sve fizičke konstante, u čijim dimenzijama se pojavljuje "drugi". Sa poznavanjem žive materije i identifikacijom pravih bioloških zakona, pojaviće se sopstvene, biološki izvedene količine i konstante u čijim dimenzijama će se nalaziti dimenzije biološkog vremena. Konkretno, s prijelazom na matematički opis biološkim procesima, do biološkog vremena, pojam "ujednačenog prostornog kretanja" izgubit će svoje značenje i pojavit će se potreba da se razvije ideja o "biološkom prostoru" živog organizma, jednake udaljenosti u kojoj se određuju ne u prostornim, već u vremenskim jedinicama. Vidi: "Historicity of Time"; "Vrijeme na više nivoa"; "Relativnost uniformnosti vremena"; " fizičko vrijeme". lit. Detlaf T.A. Temperaturni i vremenski obrasci razvoja poikilotermnih životinja. - M.: Nauka, 2001. - 211 str. Khasanov I.A. Fenomen vremena. Dio I. Objektivno vrijeme. - M., 1998. Khasanov I.A. Vrijeme: priroda, uniformnost, mjerenje. - M.: Tradicija napretka, 2001. Khasanov I.A. biološko vrijeme. - M., 1999. - 39 str. // http://www.chronos. msu.ru/RREPORTS/khasanov_biologicheskoe.pdf Ilgiz A. Khasanov

Da li je moguće usporiti i ubrzati biološko vrijeme? Biolozi su već djelimično u stanju da to uspore. Dovoljno je rashladiti tijelo, a živi će usporiti svoj tempo, ili čak potpuno prestati, dok se pojačavajući vraćaju u normalan ritam. Naučnici su dugo razmišljali o tome kako da zaustave biološki sat astronauta za određeni period. U tom stanju mogu da stignu i do najudaljenijih planeta, gotovo bez starenja tokom putovanja. Ali ubrzati biološko vrijeme je mnogo teže.

Kako koncentrirati biološko vrijeme? Biolozi su utvrdili da posebne supstance zvane biogeni stimulansi služe kao svojevrsni koncentrator biološkog vremena. Čini se da je mehanizam biološkog sata isti u svim organizmima, osim kod bakterija, koje uopće nisu "stekle" sat. Ali da li se životni procesi odvijaju istom brzinom kod jednoćelijskih i višećelijskih organizama? Uostalom, za neke život traje jedan dan, za druge vek.

Ovdje je rotifer - mikroskopsko, ali višećelijsko stvorenje. Neke od njegovih vrsta žive samo jednu sedmicu. Tokom ove sedmice, rotifer ima vremena da odraste i ostari. Pa kako biološko vrijeme teče u ovom rotiferu, kao kod ljudi, ili 3000 puta brže?

Sama priroda dala je istraživaču uređaj koji vam omogućava da pratite protok biološkog vremena u živom organizmu, ne ulazeći direktno u njegov život i bez narušavanja odnosa u njegovoj strukturi. Ovaj uređaj je sam proces podjele. Brzina njegove podjele indirektno govori i o metabolizmu u njemu i o vremenu u kojem živi. Podjela ćelija daje još više važna informacija- gdje je mehanizam koji kontroliše tok biološkog vremena u živom.

Na prvi pogled djeluje pomalo čudno da slon, čovjek, miš i drugi sisari, koji se toliko razlikuju po veličini i životnom vijeku, prvi kroče na životni put uradite to istom brzinom.

Ako uzmemo u obzir prve korake života u razvoju iz jedne ćelije i uporedimo miša i slona, ispada da slon živi 60 godina, miš - 2-3 godine. Embrionalni razvoj kod miša je 21 dan, a kod slona - 660, skoro 2 godine. Sve počinje u isto vreme, ali se završava drugačije. Možda je biološko vrijeme u ćeliji miša odmah proteklo brže i nekoliko puta je u razvoju preteklo embrion slona? Ne, nije. I miš i slon se razvijaju istom brzinom prvih 7 dana. Ali zašto embrioni slona i miša imaju isti biološki sat u prvoj sedmici?

Ispostavilo se da su u tom periodu gotovo svi embrioni sisara imali biološki sat postavljen, takoreći, na "psu". Nasljedni mehanizmi - geni koji reguliraju brzinu rasta i metabolizam, u ovom trenutku ne rade.

Prvo, embrion dobija ćelijsku masu u kojoj će potom morati da gradi različite organe. Čim počne izgradnja organa, kao da je satna opruga namotana. Svaka biljka je sada odrađena pažljivo, a ne do kraja. Sav rad biološkog sata je pod kontrolom genetskog aparata, i što organizam postaje složeniji kako se razvija, to geni jasnije daju informacije. Tijelo počinje dominirati radom biološkog sata, a djelovanje raznih hormona još više usporava biološko vrijeme. Kod embriona čiji biološki sat nije tako snažno kontrolisan genetskim aparatom i hormonskim uticajima, jer još nije razvio endokrini sistem.

Da li je moguće ukloniti kočnicu vremena kod odraslog organizma i učiniti ga da živi brže? Možda postoje tvari koje koncentrišu vrijeme, ili, jednostavnije i preciznije, uklanjaju kočnicu vremena? Cijela opasnost u ovom slučaju svodi se na kršenje biološkog sata. Ubrzanje metabolizma i diobe stanica treba biti harmonično i uvijek u granicama normale. Metabolizam u živim ćelijama se uvijek odvija sa nekoliko sporija brzina, ćelija ima prilično velike rezerve u slučaju opasnosti. To znači da ako date signal opasnosti, ćelija će djelimično ukloniti svoju privremenu kočnicu i svi će procesi u njoj ići povećanom brzinom. Da biste to učinili, potrebno je djelovati direktno na one gene koji reguliraju brzinu hemijske interakcije ogromne biomolekule unutar ćelije.

Kako kavezu dati signal opasnosti? U procesu evolucije u ćelijama tijela razvijen je mehanizam koji percipira produkte raspadanja koji se dobivaju iz stanica koje pate u susjedstvu. Budući da su kod živih bića molekularni mehanizmi opažanja opasnosti istog tipa, u prisustvu produkata raspadanja, biološki sat, kako životinja tako i biljaka, ubrzava svoj tok. Zato listovi aloe koji se čuvaju u mraku, odnosno životinjska tkiva drže na 4 0 C nekoliko dana, već sadrže tvari koje mogu ubrzati metabolizam u stanicama tijela u koje će biti unesene.

Osoba na samom početku embrionalnog razvoja živi u ubrzanom biološkom vremenu. Kako se razvija, biološko vrijeme se usporava. Nakon rođenja, i dalje nastavlja da teče malo brže nego kod odrasle osobe. Ljudima se do starosti čini da vrijeme „staje“. Nije li kočnica vremena, geni vremena, ovdje u igri punom snagom?

Uređaji za biološki sat su različiti kao štoperica i sunčani sat. Neki od njih su tačni i stabilni, drugi nisu baš pouzdani, nekima upravljaju planetarni ciklusi, treći molekularni...

Mehanizam za mjerenje vremena je zatvoren kroz strujni krug: korteks - strijatum - tolamus - korteks ... igra ubrizgavanje dopamina važnu ulogu u kodiranju vremenskog intervala... Marihuana snižava nivoe dopamina i tako usporava vreme. Droge poput kokaina i metamfetamina povećavaju nivoe dopamina i ubrzavaju interval. Adrenalin i drugi hormoni stresa djeluju na isti način, a samim tim i in nepovoljna situacija sekunda može izgledati kao sat. U stanju duboke koncentracije ili snažnog emocionalnog uzbuđenja, sistem može biti potpuno blokiran i tada se čini da je vrijeme stalo ili da uopće ne postoji. Tajmer je u stanju da radi u podsvesti ili se povinuje svjesnoj kontroli... Tačnost intervalnog tajmera je od 5 do 60%.

Na sreću, ima ih više tačan sat- cirkadijanski (od lat. circa - oko i diem - dan). Prisiljavaju nas da se povinujemo ciklusima dana i noći uzrokovanim rotacijom Zemlje... Temperatura tijela redovno raste uveče i pada nekoliko sati prije jutarnjeg buđenja. Krvni pritisak počinje da raste između 6 i 7 sati. Ujutro je lučenje hormona stresa kortizona 10-20 puta veće nego noću. Pozivi na mokrenje i pražnjenje crijeva obično se potiskuju noću i nastavljaju ujutro... Dnevni ciklusi opstaju u svakoj ćeliji našeg tijela... Promjene u ciklusu nisu više od 1%. Svjetlost nije potrebna za uspostavljanje cirkadijalnog ciklusa, ali je potrebno sinhronizirati ove programirane sate sa prirodnim cirkadijalnim ciklusom.

Dva klastera od 10000 nervne celije koji se nalaze u hipotalamusu su lokacija sata...ovi centri se nazivaju suprahijazmatsko jezgro (SCN). Joseph Takahashi iz Northwestern University... vjeruje da u našim organima postoje oscilatori koji funkcioniraju neovisno o oscilatorima u našem mozgu ... Prilagođavanje cirkadijanskih ritmova naglim promjenama vremenske zone može potrajati danima ili čak sedmicama ... Sove ... Čak i ako mogu spavati danju, njihove duboke ritmove i dalje kontroliše SCN, pa stoga ovi ritmovi noću "spavaju"... san možete proizvoljno podesiti, ali je nerealno podesiti vrijeme za promjenu nivoa melatonin i kartizon sami.

Nesklad između režima dana i njegovog trajanja može uzrokovati sezonski emocionalni stres. U Sjedinjenim Američkim Državama od oktobra do marta ova bolest izaziva apatiju, umor, debljanje, razdražljivost kod svakog dvadesetog... Sve naše nevolje dolaze od toga što ne idemo u krevet kad padne mrak i ne ustajemo u izlazak sunca... Ako su sezonski ritmovi tako snažno izraženi kod životinja i ako ljudi imaju potrebne organe da ih izraze, zašto smo ih onda izgubili? Michael Menaker smatra da ih uopće nismo imali "jer smo živjeli u tropima, a promjena godišnjih doba gotovo da i ne utiče na ponašanje mnogih tropskih životinja. Ne trebaju im, jer se sama godišnja doba gotovo ne razlikuju" ... Razlog koji određuje trajanje menstrualnog ciklusa je nepoznat. Da odgovara trajanju lunarni ciklus, samo koincidencija.

Prirodni životni vijek se ne može povezati samo s genetikom vrste... Visoka brzina metabolizma može skratiti život, dok nije neophodno da velike životinje sa sporim metabolizmom nadžive male... Kao kronometar koji označava kraj života , uzmite u obzir... mitotički sat. Oni prate mitozu, proces u kojem se jedna ćelija dijeli na dvije... Ćelije uzgojene u kulturi prolaze kroz 60 do 100 mitotičkih dioba, nakon čega se proces zaustavlja... Sedaivy je 1997. godine tvrdio da je uspio prisiliti ljudske fibroblaste da naprave od 20 do 30 dodatnih ciklusa diobe zbog mutacije jednog gena. Ovaj gen (p21) kodira sintezu proteina koji reaguje na promjene u strukturama koje se nazivaju telomeri koje pokrivaju krajeve hromozoma. Sa svakom podjelom, fragmenti se odvajaju od telomera i gube. Biolozi vjeruju da ćelije stare kada se telomeri smanjuju. određene dužine... Ćelije koje mogu zanemariti kratke telomere postaju kancerogene. Zadatak p21 i telomera je da nateraju ćelije da prestanu da se dele pre nego što postanu kancerogene. U stvari, starenje ćelija može produžiti život, a ne okončati ga. Trenutno se veza između skraćivanja telomera i starenja ne može smatrati dokazanom. Za većinu ćelija nema potrebe za podjelom. Izuzetak su bela krvna zrnca i prekursori sperme koji se bore protiv infekcija. Mnogi stari ljudi umiru od jednostavnih bolesti. Slabost... može biti povezana sa starenjem imunološkog sistema... Gubitak telomera je samo jedno od mnogih oštećenja koje ćelije trpe prilikom podjele... Ćelije koje su prošle višestruke diobe sadrže više genetskih grešaka nego mlade... Stoga nije iznenađujuće što tijelo ograničava mitozu. A pokušaji da se prevari proces starenja ćelija verovatno neće dovesti do besmrtnosti.