aeg bioloogias. Bioloogiline aeg ja vanus

Bioloogilised rütmid (biorütmid)(kreeka keelest βίος - bios, "elu" ja ῥυθμός - rütm, "igasugune korduv liikumine, rütm") – perioodiliselt korduvad muutused bioloogiliste protsesside ja nähtuste olemuses ja intensiivsuses. Need on iseloomulikud elusainele selle organisatsiooni kõigil tasanditel - molekulaarsest ja subtsellulaarsest kuni biosfäärini. Need on oma olemuselt põhiprotsess. Mõned bioloogilised rütmid on suhteliselt sõltumatud (näiteks südame kontraktsioonide sagedus, hingamine), teised on seotud organismide kohanemisega geofüüsikaliste tsüklitega - igapäevaste (näiteks rakkude jagunemise intensiivsuse kõikumine, ainevahetus, motoorne aktiivsus loomad), loodete (näiteks mere molluskite karpide avanemine ja sulgemine, mis on seotud tasemega mere looded), aastased (loomade arvu ja aktiivsuse muutused, taimede kasv ja areng jne)

Teadus, mis uurib ajafaktori rolli rakendamisel bioloogilised nähtused ja elussüsteemide käitumises ajaline korraldus bioloogilised süsteemid, biorütmide olemust, esinemistingimusi ja olulisust organismide jaoks nimetatakse - biorütmoloogiaks. Biorütmoloogia on üks suundi, mis kujunes välja 1960. aastatel. bioloogia osa – kronobioloogia. Biorütmoloogia ristumiskohas ja kliiniline meditsiin on nn kronomeditsiin, mis uurib biorütmide seoseid erinevate haiguste kulgemisega, töötab välja biorütme arvestades haiguste ravi ja ennetamise skeeme ning uurib teisi. meditsiinilised aspektid biorütmid ja nende häired.

Biorütmid jagunevad füsioloogilisteks ja ökoloogilisteks. Füsioloogiliste rütmide perioodid on reeglina sekundi murdosadest kuni mitme minutini. Need on näiteks rõhu, südamelöögi ja vererõhu rütmid. Ökoloogilised rütmid langevad kestuse poolest kokku mis tahes loomuliku rütmiga keskkond.

Bioloogilisi rütme kirjeldatakse kõigil tasanditel, alates kõige lihtsamast bioloogilised reaktsioonid puuris ja lõpetades kompleksiga käitumuslikud reaktsioonid. Seega on elusorganism arvukate erinevate omadustega rütmide kogum. Viimaste teaduslike andmete kohaselt on umbes 400 [ ] ööpäevased rütmid.

Organismide kohanemine keskkonnaga protsessi käigus evolutsiooniline areng läks mõlema parandamise suunas struktuurne korraldus ning erinevate tegevuste koordineerimine ajas ja ruumis funktsionaalsed süsteemid. Erakordne stabiilsus valgustuse, temperatuuri, niiskuse muutuste sageduses, geomagnetiline väli ja muud keskkonnaparameetrid, mis tulenevad Maa ja Kuu liikumisest ümber Päikese, võimaldasid evolutsiooniprotsessis elavatel süsteemidel välja töötada stabiilsed ja välismõjudele vastupidavad ajaprogrammid, mille manifestatsiooniks on biorütmid. Neid rütme, mida mõnikord nimetatakse keskkonna, või adaptiivsed (näiteks ööpäevased, loodete, kuu ja aastased) on fikseeritud geneetilises struktuuris. Kunstlikes tingimustes, kui keha jääb ilma teabest välise kohta loomulikud muutused(näiteks pidevas valguses või pimeduses, ruumis, kus õhuniiskus, rõhk jne on samal tasemel) kalduvad selliste rütmide perioodid kõrvale keskkonna vastavate rütmide perioodidest, avaldades seeläbi oma perioodi.

Ajaloo viide

Olemisest bioloogilised rütmid inimesed teavad iidsetest aegadest.

"Kolme rütmi" teooria

Akadeemilised teadlased on "kolme biorütmi teooria" tagasi lükanud. Teoreetiline kriitika välja toodud näiteks tunnustatud kronobioloogiaspetsialisti Arthur Winfrey populaarteaduslikus raamatus. Kahjuks ei pidanud teaduslike (mitte populaarteaduslike) tööde autorid vajalikuks spetsiaalselt kriitikale aega pühendada, kuid mitmed väljaanded (vene keeles nt Jurgen Aschoffi toimetatud kogumik, L. Glassi raamat ja M. Mackie ning teised allikad) võimaldavad järeldada, et "kolme biorütmi teoorial" puudub teaduslik alus. Palju veenvam on aga "teooria" eksperimentaalne kriitika. Arvukad eksperimentaalsed katsed 1970ndatel ja 80ndatel lükkasid "teooria" täielikult ümber kui vastuvõetamatuse. Praegu on teooria kolm rütmi» teadusringkond ei tunnustata ega peeta pseudoteaduseks.

Tänu laialt levinud « kolme teooria rütmid”, sõnad “biorütm” ja “kronobioloogia” on sageli seotud pseudoteadusega. Tegelikult on kronobioloogia teaduslik tõenditel põhinev distsipliin, mis asub traditsioonilises akadeemilises teadustöö peavoolus ja segadus tekib nime väärkasutamise tõttu. teadusdistsipliini seoses pseudoteadusliku teooriaga.

Vaata ka

Märkmed

1. βίος (määramata) . Kreeka-inglise leksikon. Perseus.
2. Henry George Liddell, Robert Scott. ῥυθμός (määramata) . Kreeka-inglise leksikon. Perseus.

Kaasaegne arusaam bioloogilisest ajast tuleneb bioloogiliste süsteemide õige aja äratundmisest. See aeg avaldub organismiosade aja, indiviidi aja, põlvkondade vahetuse aja kujul ilma eluvormi muutmata ning eluvormide muutumise aja näol samaaegselt põlvkondade vahetumisega (evolutsiooniline aeg). ). Suhtelise autonoomiaga, bioloogiline aeg mõõdetakse eelkõige indiviidi aega oma käekell, mis on erinevat tüüpi rütmilised protsessid esinevad subtsellulaarsetes struktuurides, rakkudes, kudedes, elundites, füsioloogilistes süsteemides. Korreleerides oma aega maailma ajaga (välise maailma füüsiline aeg), peegeldavad elusüsteemid viimast oma ajastruktuuris. Aga kuna ei ole puhast tühja aega, vaid on materiaalsete protsesside kestuse aeg, siis välise (maailma) ja sisemise aja suhe on väliste ja sisemiste protsesside kestuse suhe.

Olles mateeria eksisteerimise vorm, on aeg samal ajal reifitseeruv (“objektiivne”) erinevates materiaalsetes protsessides ning elusüsteemid peegeldavad välist, maailma aeg kuivõrd nende sisemised ja elutähtsad (ainevahetus, füsioloogilised) protsessid peegeldavad välismaailma protsesse. Teisest küljest on sisemine, bioloogiline aeg autonoomne sedavõrd, kuivõrd antud elusüsteemi eluprotsessid on autonoomsed. Olles lahutamatult seotud välismaailmaga (keskkonnaga), toimides "organism-keskkond" süsteemi elemendina, elav süsteem ei lahustu selles keskkonnas, vaid säilitab oma eraldatuse keskkonnast, peab sellele vastu. Olles keskkonna produkt, on elusüsteem selle keskkonna teistsugusus, selle valikuliselt akumuleeritud ajalugu. Seetõttu ei ole organismi vastandumine keskkonnale absoluutne, vaid suhteline, ühisuse säilimisega põhilises, peamises asjas. Aja voolu põhiseadused on välismaailma ja elussüsteemide jaoks samad. Nende seaduste ilmingutel elussüsteemides on aga teatud spetsiifika. Keskkonnast eraldatud ja selle tekitatud organiseeritud aine trombina säilitab elussüsteem oma eraldatuse keskkonnast, oma kvalitatiivse kindluse – vaatamata keskkonna "pealetungile", millele ta (elussüsteem) sel põhjusel vastu peab. , eelkõige see, et aeg elussüsteemis voolab teisiti kui välismaailmas (kui see nii ei oleks, lahustuks elav süsteem kohe välismaailmas).

Kiire jooksev kodumaine eluprotsessid esindavad välismaailma aeglaselt toimuvate protsesside tihendatud teispoolsust (ja kuvamist).

Elava süsteemi hetkeline peegeldusakt, mis on sees teatud mõttes akumuleeritud aeg kõikidel etappidel – sissepääsul, kesklülides, väljumisel – kehastab mineviku, oleviku ja tuleviku dialektilist lahutamatut ühtsust. Hetkepeegelduse tegelik sisu ei ole pelgalt vastus sellele välismõju, ja mineviku põhjal üles ehitatud vastus on prognoos, mis eeldab tingimata tulevikku ja toob selle olevikku.

Organism on ainult suhteliselt autonoomne, lõppkokkuvõttes on organism "keskkond-organism" süsteemi element. Seetõttu on selle peegeldav tegevus sisuliselt "keskkond-organism" süsteemi enesepeegeldus. Isikustades selle süsteemi aktiivset põhimõtet, määrab organism oma tegevusega ette oma liikumise ja arengu. Keha omandas evolutsiooni käigus spetsiaalse peegeldusaparaadi – närvisüsteemi. Tagades kehaosade integreerimise ühtseks tervikuks, tagab närvisüsteem samal ajal nende osade (ja keha kui terviku) tõhusa kasutamise oma kõrgemate osakondade poolt läbiviidava refleksioonipõhise tegevuse korraldamisel. . Ehkki evolutsioonis tekkinud spetsiaalne peegeldusaparaat - närvisüsteem - allutab veelgi oma alust, kehalist korraldust, säilitab ja parandab närvisüsteem oma peegeldavas tegevuses bioloogilise peegelduse peamist ja esialgset omadust - selle suunatud ennetavat iseloomu. Refleksiooni aktiivsus seisneb selles, et kõik, sealhulgas kõrgelt organiseeritud, elavad süsteemid, millel on närvisüsteem, toovad mõtisklusele midagi omast. See "oma" on just see edasiminek, mida suunab vajadus.

elusorganismi ühtsete bioloogiliste protsesside klassi ühtlane kestus. aastal väljendati mõtet, et elusorganismide olemuse määrab eelkõige neis toimuvate protsesside ajalise korralduse eripära. üheksateistkümnenda keskpaik sajandil Carl Ernst von Baeri poolt. Mõned teadlased püüdsid teaduslikku kasutusse juurutada mõisteid "bioloogiline aeg" (Vernadsky V.I.), "füsioloogiline aeg" (leconte du Nouilly), "orgaaniline aeg" (Backman G.). Küll aga ei võimaldanud filosoofilise ajaõpetuse ebapiisav areng defineerida juurutatud mõisteid nii, et neid saaks kasutada eksperimentaalses ja teoreetilised õpingud täpselt nagu füüsikas kasutatakse mõistet "aeg". Teadlased, kes jõudsid kõige lähemale bioloogilise aja adekvaatsele mõistmisele, leidsid, et kui elusorganismi korduvate protsesside perioode kasutada eneseidentse kestusühikuna, saab tuvastada selle arengu konkreetseid mustreid. Eriti märkimisväärseid tulemusi sellisel uurimisviisil saavutas T.A. Detlaf1, kes 1960. aastal tegi koos oma venna, füüsiku A. A. Detlafiga ettepaneku kasutada nende poolt määratud sünkroonsete lõhustamisjaotuste perioodi ühe mitootilise tsükli kestust? ja 0 saadud A.A. algatusel. Neifakhi nimi "detlaf"2. T.A. Detlaff töötas välja meetodi elusorganismide arengu ajastamiseks bioloogilise aja ühikutes? ja kasutas seda 0 paljude poikilotermiliste loomaliikide uurimisel3. Kuni viimase ajani see siiski jäi lahtine küsimus selliste kestusühikute ühikuteks kvalifitseerimise õiguspärasuse kohta eritüüp aeg, kuna elusorganismide tsükliliste protsesside perioodide kestustena alluvad nad juhuslikele kõikumistele, samas kui läbi aja mõiste kujunemise ajaloo on ühetaolisust peetud üheks kõige olulisemad omadused aega. Ühtsuse kontseptsiooni ja kriteeriumide analüüs näitas veenvalt, et ühtlus on materiaalsete protsesside korrelatiivne omadus üksteisega võrreldes ja et põhimõtteliselt on võimalik omada piiramatul hulgal ühtlusprotsesside klasse (CSP), mis rahuldavad ühetaolisuse kriteeriumid, millest igaüks omab materiaalse reaalsuse vastavas piirkonnas ühtluse omadusi ja sobib kestusühikute ja praktiline mõõde aeg 1. Samal ajal selgus, et CSP võib eksisteerida sellistes terviklikes väga integreeritud materjalisüsteemides, milles materjaliprotsessid on omavahel nii tihedalt seotud ja seotud, et käituvad ühtse vooluna, sünkroonselt ja proportsionaalselt kiirendades ja aeglustades erinevate, sh. juhuslikult muutuvad tegurid. Sellised süsteemid on elusorganismid. Proportsionaalsete bioloogiliste protsesside klasside olemasolu elusorganismides on tõestatud T.A. Detlaf ja tema kolleegid. Nad leidsid, et poikilotermiliste loomade embrüonaalse arengu erinevate etappide kestused muutuvad proportsionaalselt keskkonna temperatuuri muutustega ning see seaduspärasus on fundamentaalse iseloomuga, hõlmates embrüo organiseerumise kõigi struktuuritasandite protsesse. Nagu märkis T.A. Detlaf, “... temperatuuri muutusega, protsesside kestusega väga erineva iseloomuga ja läbi viidud erinevad tasemed organismi korraldus: rakusisene (molekulaarne ja ultrastruktuurne), rakuline (rakkude jagunemise ja diferentseerumise ajal), morfogeneetiliste liikumiste tasandil, induktsiooni ja organogeneesi protsessid”2. Teisisõnu, kogu embrüo arengu moodustav bioloogiliste protsesside kogum käitub ühtsena terviklik protsess. See sisaldab mõlemat suhteliselt aeglast (liimile voolavat täpne tase raku jagunemise ja nende diferentseerumise protsessid), aga ka väga kiired, toimuvad rakusisesel, molekulaarsel tasemel, mis hõlmavad näiteks rakusisese metabolismi ensümaatilisi reaktsioone. On üsna ilmne, et kui mõnel struktuursed tasemed embrüo organiseeritus, bioloogiliste protsesside kiiruste muutumise sünkroonsus ja proportsionaalsus on häiritud, siis hävitaks see elusorganismi moodustumise ja arengu protsesside kogu voolu korrapärase kulgemise. Viidates sellele asjaolule, T.A. Detlaff rõhutab: „Poleks liialdus, kui ütleme, et ilma selle joomisvõimeta ei saaks termilised organismid muutuvates tingimustes üldse eksisteerida. väliskeskkond: kui mis tahes arenguetapi moodustavate protsesside kompleksi erinevad komponendid muutuksid asünkroonselt, tooks see kaasa rikkumisi normaalne areng, ja hilisematel etappidel - keha normaalse toimimise häirimiseks. Pole juhus, et embrüote üks esimesi reaktsioone optimaalsete temperatuuride piiridele lähenemisel on individuaalsete arenguprotsesside desünkroniseerimine” (Ibid.). Bioloogiline ja füüsikaline aeg on vastastikku stohhastilised, kuna bioloogilise aja ühikud on selliste korduvate bioloogiliste protsesside kestused, mis füüsikalise aja ühikutes mõõdetuna muutuvad juhuslikult, olenevalt juhuslikest muutustest ümbritsevate tingimuste omadustes. Elusorganismide funktsioneerimise ja arengu protsessid, isegi geneetiliselt üksteisest üsna kaugel liigid ajastades neid oma bioloogilise aja ühikutes, järgivad nad samasid toimimise ja arengu seadusi2. Praegu on üha ilmsem, et ilma bioloogilise aja mõistet bioloogia mõisteaparaadi sisse toomata on võimatu paljastada elu olemust ja õppida seda matemaatiliselt kirjeldama kui aine erilist liikumist. Bioloogiliste protsesside ajastamisel ja teoreetilisel kirjeldamisel bioloogilise aja ühikutes on võimalik murda läbi protsesside välise stohhastilisuse nendeni. dünaamilised seadused, mille järgi vastavalt etteantud geneetilisele programmile organism areneb. Seda järeldust kinnitavad enam kui sada aastat kestnud elusorganismide arengu ja neis toimuvate bioloogiliste protsesside uurimise tulemused kindlaid kestusühikuid kasutades. Esmakordselt võttis erilise kestuse ühiku, mida ta nimetas "plastokrooniks", kasutusele saksa botaanik E. Askenazi1, kes määratles selle metamer2 "tüveüksuse" ühe alge initsiatsiooni perioodina. Seejärel kasutas kestuse mõõtühikut "plastokron" K. Thornthveit1, D.A. Sabinin2, E.F. Markovskaja ja T.G. Kharkina (Markovskaya, Kharkina 1997) jt.Elusorganismide embrüonaalset arengut uurides pakkus välja ühe esimese kestuse eriühiku I.I. Schmalhausen3. Siiski kasutas I.I. Schmalhauseni kestusühikud, mis on seotud embrüo mahu teatud muutusega, osutusid kasutatavaks ainult organismi kasvu, mitte selle arengu uurimisel. Mõned teadlased kasutavad kestuse ühikuna üht või teist murdosa kogu embrüonaalsest arengust. Selliste ühikute hulka kuuluvad näiteks "1% DT" (DT - arenguaeg), mida kasutati tuura embrüote (Detlaf, Ginzburg, 1954), kodulindude (Eremeev, 1957, 1959), putukate ( Striebel 1960; Ball 1982; Mori 1986). Ja kuigi see on rakendatav ainult nende organismide uurimisel, mis väljuvad munamembraanidest samas arengujärgus, võimaldab see siiski avastada palju seaduspärasusi uuritavate loomade embrüonaalses arengus. Niisiis, G.P. Eremejev, uurib embrüo arengut erinevad tüübid lindudel väljendati arenguetappide alguse aega murdosades ajavahemikust, mis kulus munemisest koorumiseni. Selle tulemusel selgus, et sellistel kodulindudel nagu kanad, pardid, haned, kalkunid, aga ka lindudel, nagu tibu, kodutuvi, musttiir, esinevad ülaltoodud meetodi abil aja mõõtmisel samad embrüonaalse arengu etapid. üheaegselt", samas kui astronoomilise aja ühikutes ulatub erinevate lindude üksikute arenguetappide kestuse erinevus mitme päevani. 80ndate alguses oli Yu.N. Gorodilov tegi ettepaneku kasutada luukalade arengu ajaliste mustrite uurimisel kestusühikuna "aja pikkust, mille jooksul embrüo aksiaalse rudimendi kompleksi metameriseerumisel toimub üksiku somiidi juurdekasv 1-st kuni 1-ni. 60 somiiti” (Gorodilov, 1980, lk 471). Bakterioloogias on arvamus, et „bakterite kasvu- ja arenguprotsesside hindamiseks on soovitav kasutada mitte tavapärast ja stabiilset füüsikalist aega, vaid muutuvat genereerimisaega (?)...”1. Kahjuks on mitmete bioloogide poolt kasutusele võetud bioloogilise aja ühikud liiga suured, et elusorganismi fundamentaalsemaid bioloogilisi protsesse matemaatiliselt modelleerida2. On põhjust arvata, et elusorganismi bioloogilised (biokeemilised ja biofüüsikalised) protsessid saavad alguse rakusisese ainevahetuse ensümaatiliste reaktsioonide katalüütilistest tsüklitest. 1960. aastate alguses esitas Christiansen veenvaid argumente kõigi konkreetse biokeemilise reaktsiooni katalüüsis osalevate ensüümmolekulide katalüütiliste tsüklite sidususe kasuks. Samas on loomulik eeldada, et enamus katalüütilise tsükli ajal on ensüümi makromolekulid stabiilses konformatsioonis ja reageeriv keskkond vedelkristallilises olekus4, milles molekulide liikumine reageerivas keskkonnas on maksimaalselt pärsitud. ainult ensüümi makromolekulide konformatsiooniliste üleminekute lühikeste, rangelt doseeritud hetkede korral jõuab reageeriv keskkond vedel olek, mida erutavad ensüümi makromolekulide konformatsioonilised muutused1. Sel juhul kulgevad molekulide difusiooniprotsessid reageerivas keskkonnas intensiivselt. Seega on täiesti õigustatud arusaam, et kõigi biokeemilises reaktsioonis osalevate ensüümi molekulide katalüütilised tsüklid kulgevad sünkroonselt, mistõttu katalüütiline tsükkel on bioloogiline tähtsus biokeemilise reaktsiooni elementaarne toiming ja selle tsükli kestus on lisaks bioloogilise aja jagamatu kvant. Bioloogilise aja kvantide sees ei ole bioloogilisi protsesse, kuid neid on füüsilised vastasmõjud aatomid ja elementaarosakesed ja füüsikalis-keemilisi protsesse, kuid need ei saa neile kehtestatud struktuuriliste ja organisatsiooniliste piirangute tõttu vabalt kulgeda elav rakk. Eelkõige häirib katalüütiliste tsüklite kestuse fundamentaalne stohhastilisus füüsikaliste ja füüsikalis-keemiliste protsesside normaalset kulgu, mis hävitab normaalse funktsioneerimise rakusiseses reageerivas keskkonnas. füüsikalised seadused ja justkui allutab selle keskkonna bioloogiliste seaduste tegevusele. Bioloogiline aeg on ajalooline ja hierarhiliselt mitmetasandiline. Ontogeneetilise arengu käigus muutub iga elusorganism, alates ühest viljastatud munarakust, järk-järgult keerukaks hierarhiliselt mitmetasandiliseks süsteemiks. materiaalne süsteem protsesside ajalise organiseerimise spetsiifiliste mustritega erinevatel tasanditel. Küsimus, kas erinevate hierarhiliste tasandite bioloogilised ajad on ainult sama aja erinevad skaalatasemed või erinevatel tasanditel tekivad kvalitatiivselt erinevad bioloogilised ajad, jääb täna lahtiseks. Mis puudutab elusaine organismiüleste struktuuride bioloogilist aega, siis see erineb kvalitatiivselt elusorganismide bioloogilisest ajast. Nagu paljud teadlased väidavad, võivad elusaine organismiüleste struktuuride peamised ajaühikud ilmselt olla vastavate elusorganismide järjestikuste põlvkondade eluiga. Samas ei tohiks rääkida elusorganismide põlvkondade eluea pikkusest kõigi aegade keskmisena, vaid põlvkondade tegelikust elueast, mis asendavad üksteist vahetult praegusel ajal, kuna tegemist on muutustega (ühikutes füüsikaline aeg) järjestikuste põlvkondade eluea kohta, mida peeti kongruentseks ühikuks, muudavad need konkreetse aja ühikuteks, samas kui need on keskmistatud ja sisaldavad konstantne arv põlvkondade eluea füüsiliste ajaperioodide ühikud on füüsilise aja ühikud. AT kaasaegne bioloogia, nagu kõik loodusteadused, kasutatud Rahvusvaheline süsteemühikut füüsikalised kogused(SI). Bioloogias üleminek füüsiliselt ajale bioloogilisele on võrdne ühe põhiühiku – teise – asendamisega vastava bioloogilise ajaühikuga. Füüsikalise ja bioloogilise aja vastastikuse stohhastilisuse tõttu muutuvad tuletatud suurused, mille mõõtmetes on füüsikalise aja dimensioon "sekundiks", stohhastilisteks. muutujad. Samamoodi bioloogilistes süsteemides ja protsessides kõik füüsikalised konstandid, mille mõõtmetes ilmub "teine". Kuna elusaine on teada ja bioloogilised seaduspärasused selguvad, siis tekivad omad, bioloogiliselt tuletatud suurused ja konstandid, mille mõõtmetes paiknevad bioloogilise aja mõõtmed. Eelkõige üleminekuga kl matemaatiline kirjeldus bioloogiliste protsesside tõttu kaotab bioloogilise aja jooksul mõiste "ühtne ruumiline liikumine" oma tähenduse ja tekib vajadus arendada ettekujutust elusorganismi "bioloogilisest ruumist", võrdsed vahemaad milles need on määratud mitte ruumilistes, vaid ajalistes ühikutes. Vaata: "Aja ajaloolisus"; "Mitmetasandiline aeg"; "Aja ühetaolisuse suhtelisus"; " füüsiline aeg". valgustatud. Detlaf T.A. Poikilotermiliste loomade arengu temperatuur ja ajamustrid. - M.: Nauka, 2001. - 211 lk. Khasanov I.A. Aja fenomen. I osa. Objektiivne aeg. - M., 1998. Khasanov I.A. Aeg: olemus, ühtlus, mõõtmine. - M.: Progressi traditsioon, 2001. Khasanov I.A. bioloogiline aeg. - M., 1999. - 39 lk. // http://www.chronos. msu.ru/RREPORTS/khasanov_biologicheskoe.pdf Ilgiz A. Khasanov

Kas on võimalik aeglustada ja kiirendada bioloogiline aeg? Bioloogid suudavad seda juba osaliselt pidurdada. Piisab keha jahutamisest ja elavad aeglustavad oma tempot või isegi peatuvad täielikult, suurendades taastavad nad normaalse rütmi. Teadlased on pikka aega mõelnud, kuidas astronautide bioloogilist kella teatud perioodiks peatada. Sellises olekus võivad nad jõuda kõige kaugematele planeetidele, peaaegu ilma reisi ajal vananemata. Kuid bioloogilise aja kiirendamine on palju keerulisem.

Kuidas bioloogilist aega koondada? Bioloogid on kindlaks teinud, et spetsiaalsed ained, mida nimetatakse biogeenseteks stimulantideks, toimivad omamoodi bioloogilise aja koondajana. Bioloogilise kella mehhanism näib olevat kõigil organismidel sama, välja arvatud bakteritel, kes pole kella üldse "omandatud". Kuid kas ühe- ja mitmerakulistes organismides kulgevad eluprotsessid sama kiirusega? Mõne jaoks kestab elu ju päeva, mõnel sajandi.

Siin on rotifer – mikroskoopiline, kuid mitmerakuline olend. Mõned selle liigid elavad vaid ühe nädala. Selle nädala jooksul on rotiferil aega kasvada ja vananeda. Kuidas siis bioloogiline aeg selles rotiferis läheb, nagu inimestel, või 3000 korda kiiremini?

Loodus ise kinkis teadlasele seadme, mis võimaldab jälgida bioloogilise aja kulgu elusorganismis, sisenemata otse selle ellu ja rikkumata suhet selle struktuuris. See seade on ise jagamise protsess. Selle jagunemise kiirus räägib kaudselt nii selle sees olevast ainevahetusest kui ka ajast, mil ta elab. Rakkude jagunemine annab veelgi rohkem oluline teave- kus on mehhanism, mis kontrollib bioloogilise aja kulgu elus.

Esmapilgul tundub kuidagi kummaline, et elevant, inimene, hiir ja teised imetajad, kelle suurus ja eluiga on niivõrd erinevad, astuvad esimesi samme elutee tee seda sama kiirusega.

Kui arvestada elu esimesi samme ühest rakust ja võrrelda hiirt ja elevanti, selgub, et elevant elab 60 aastat, hiir - 2-3 aastat. Hiire embrüo areng on 21 päeva ja elevandil - 660, peaaegu 2 aastat. Kõik algab samal ajal, kuid lõpeb erinevalt. Võib-olla jooksis bioloogiline aeg hiirerakus kohe kiiremini ja see möödus arengus mitu korda elevandi embrüost? Ei see ei ole. Nii hiir kui ka elevandipoeg arenevad esimese 7 päeva jooksul sama kiirusega. Kuid miks on elevandi ja hiire embrüotel esimesel nädalal sama bioloogiline kell?

Selgus, et sel perioodil oli peaaegu kõigil imetajate embrüotel bioloogiline kell seatud justkui "koerale". Pärilikud mehhanismid – geenid, mis reguleerivad kasvukiirust ja ainevahetust, sel ajal ei tööta.

Esiteks omandab embrüo rakumassi, millesse ta peab seejärel ehitama erinevaid organeid. Niipea kui orelite ehitamine algab, keeratakse kella vedru justkui üles. Iga taim on nüüd tehtud hoolikalt ja mitte lõpuni. Kogu bioloogilise kella töö on geneetilise aparaadi kontrolli all ja mida keerulisemaks organism arenedes muutub, seda selgemalt annavad geenid infot välja. Organism hakkab domineerima bioloogilise kella töö üle ning erinevate hormoonide toime pidurdab bioloogilist aega veelgi. Embrüos, mille bioloogiline kell ei ole nii tugevalt kontrollitud geneetilise aparatuuri ja hormonaalsete mõjude poolt, sest tal pole veel välja kujunenud endokriinsüsteemi.

Kas täiskasvanu organismist on võimalik ajapidurit maha võtta ja see kiiremini elama panna? Võib-olla on aineid, mis kontsentreerivad aega või, lihtsamalt ja täpsemalt öeldes, eemaldavad ajapiduri? Kogu oht taandub sel juhul bioloogilise kella rikkumisele. Ainevahetuse ja rakkude jagunemise kiirenemine peaks olema harmooniline ja alati normi piires. Ainevahetus elusrakkudes toimub alati vähesega aeglasem kiirus, on rakul ohu korral üsna suured varud. See tähendab, et kui annate ohusignaali, eemaldab rakk osaliselt oma ajutise piduri ja kõik protsessid selles lähevad kõrgendatud kiirusega. Selleks on vaja tegutseda otse nendele geenidele, mis kiirust reguleerivad keemilised vastasmõjud tohutud biomolekulid raku sees.

Kuidas anda puurile ohumärki? Keharakkudes toimuva evolutsiooni käigus on välja töötatud mehhanism, mis tajub naabruses kannatavatest rakkudest saadavaid lagunemissaadusi. Kuna elusolendite ohu tajumise molekulaarsed mehhanismid on sama tüüpi, siis lagunemissaaduste olemasolul kiirendab bioloogiline kell, nii loomade kui ka taimede, oma kulgu. Seetõttu sisaldavad pimedas hoitud aaloe lehed või mitu päeva 4 0 C juures hoitud loomsed koed juba aineid, mis võivad kiirendada ainevahetust nendes keharakkudes, millesse need viiakse.

Embrüonaalse arengu alguses olev inimene elab kiirendatud bioloogilises ajas. Selle arenedes bioloogiline aeg aeglustub. Peale sündi läheb see ikka veidi kiiremini edasi kui täiskasvanul. Vanaduseks tundub inimestele, et aeg "seisab". Kas ajapidur, aja geenid ei tule siin täisvõimsusel mängu?

Bioloogilise kella seadmed on sama erinevad kui stopper ja päikesekell. Mõned neist on täpsed ja stabiilsed, teised ei ole väga töökindlad, mõnda juhivad planeeditsüklid, teisi molekulaarsed...

Aja mõõtmise mehhanism on suletud läbi ahela: ajukoor - juttkeha - tolamus - ajukoor ... dopamiini süstimine mängib oluline roll ajaintervalli kodeerimisel... Marihuaana alandab dopamiini taset ja seega aeglustab aega. Narkootikumid, nagu kokaiin ja metamfetamiin, suurendavad dopamiini taset ja kiirendavad intervallikella. Adrenaliin ja teised stressihormoonid toimivad samamoodi ja seega sisse ebasoodne olukord sekund võib tunduda nagu tund. Sügava keskendumise või tugeva emotsionaalse erutuse seisundis võib süsteem täielikult ummistuda ja siis tundub, et aeg on peatunud või pole seda üldse olemas. Taimer on võimeline töötama alateadvuses või alluma teadlikule kontrollile ... Intervallitaimeri täpsus on 5-60%.

Õnneks on neid rohkemgi täpne kell- ööpäevane (lat. circa - umbes ja diem - päev). Need sunnivad meid alluma päeva ja öö tsüklitele, mis on põhjustatud Maa pöörlemisest... Kehatemperatuur tõuseb regulaarselt õhtul ja langeb paar tundi enne hommikust ärkamist. Vererõhk hakkab tõusma kella 6 ja 7 vahel. Hommikul on stressihormooni kortisooni sekretsioon 10-20 korda suurem kui öösel. Kutse urineerida ja roojamist surutakse tavaliselt maha öösel ja jätkatakse hommikul... Igapäevased tsüklid püsivad meie keha igas rakus... Tsükli muutused ei ületa 1%. Tsirkadiaantsükli loomiseks pole valgust vaja, kuid need programmeeritud tunnid on vaja sünkroonida loomuliku ööpäevase tsükliga.

Kaks 10 000 klastrit närvirakud asuvad hüpotalamuses on kella asukoht...neid keskusi nimetatakse suprachiasmaatiliseks tuumaks (SCN). Joseph Takahashi Northwesterni ülikool... usub, et meie organites on ostsillaatorid, mis toimivad sõltumatult meie aju ostsillaatoritest ... Päevarütmide kohandamine äkilise ajavööndi muutusega võib võtta päevi või isegi nädalaid ... Öökullid ... Isegi kui nad saavad päeval magada, nende sügavaid rütme kontrollib jätkuvalt SCN ja seetõttu need rütmid "magavad" öösel ... saate oma und suvaliselt reguleerida, kuid on ebareaalne seada aega, mille jooksul taset muuta. melatoniini ja kartisooni ise.

Erinevus päevarežiimi ja selle kestuse vahel võib põhjustada hooajalist emotsionaalset stressi. USA-s põhjustab see haigus oktoobrist märtsini USA-s apaatsust, väsimust, kehakaalu tõusu, ärrituvust... Kõik meie hädad tulevad sellest, et me ei lähe pärast pimedat magama ega tõuse päikesetõusul. ... Kui hooajalised rütmid avalduvad loomadel nii tugevalt ja kui inimestel on nende väljendamiseks vajalikud organid, siis miks oleme need kaotanud? Michael Menaker usub, et meil polnud neid üldse "lõppude lõpuks elasime troopikas ja aastaaegade vaheldumine peaaegu ei mõjuta paljude troopiliste loomade käitumist. Nad ei vaja neid, kuna aastaajad ise on peaaegu eristamatud " ... Põhjus, mis määrab menstruaaltsükli kestuse, pole teada. Et see sobiks kestusega kuu tsükkel, lihtsalt kokkusattumus.

Loomulikku eluiga ei saa seostada ainult liigi geneetikaga... Kõrge ainevahetuse kiirus võib eluiga lühendada, samas pole vaja, et aeglase ainevahetusega suured loomad elaks üle väikestest... Elu lõppu tähistava kronomeetrina , mõelge... mitootilisele kellale. Nad jälgivad mitoosi, protsessi, mille käigus üks rakk jaguneb kaheks... Kultuuris kasvatatud rakud läbivad 60–100 mitootilist jagunemist, misjärel protsess peatub... 1997. aastal väitis Sedaivy, et suudab sundida inimese fibroblaste tootma 20–100 30 täiendavat jagunemistsüklit ühe geeni mutatsiooni tõttu. See geen (p21) kodeerib valgu sünteesi, mis reageerib muutustele struktuurides, mida nimetatakse telomeerideks, mis katavad kromosoomide otsad. Iga jagunemisega eraldatakse killud telomeeridest ja kaovad. Bioloogid usuvad, et rakud vananevad, kui telomeerid vähenevad. teatud pikkus... Rakud, mis suudavad lühikesi telomeere ignoreerida, muutuvad vähiks. P21 ja telomeeride ülesanne on panna rakud jagunema enne, kui nad muutuvad vähiks. Tegelikult võib rakkude vananemine pikendada eluiga, mitte seda lõpetada. Praegu ei saa telomeeride lühenemise ja vananemise vahelist seost pidada tõestatuks. Enamiku rakkude puhul ei ole vaja jagada. Erandiks on infektsiooniga võitlevad valged verelibled ja sperma prekursorid. Paljud vanad inimesed surevad lihtsate haiguste tõttu. Haprus... võib olla tingitud immuunsüsteemi vananemisest... Telomeeride kadu on vaid üks paljudest kahjustustest, mida rakud jagunemisel kannatavad... Mitmekordse jagunemise läbinud rakud sisaldavad rohkem geneetilisi vigu kui noored... Seega pole üllatav, et keha seab mitoosile piirid. Ja katsed petta rakkude vananemisprotsessi tõenäoliselt ei vii surematuseni.