Tid i biologi. Biologisk tid og alder

Biologiske rytmer (biorytmer)(fra gresk βίος - bios, "liv" og ῥυθμός - rytmer, "enhver repeterende bevegelse, rytme") - periodisk repeterende endringer i naturen og intensiteten til biologiske prosesser og fenomener. De er karakteristiske for levende materie på alle nivåer av organisasjonen - fra molekylær og subcellulær til biosfæren. De er en grunnleggende prosess i den levende naturen. Noen biologiske rytmer er relativt uavhengige (for eksempel frekvensen av hjertesammentrekninger, pust), andre er assosiert med tilpasning av organismer til geofysiske sykluser - daglig (for eksempel svingninger i intensiteten av celledeling, metabolisme, motorisk aktivitet dyr), tidevann (for eksempel åpning og lukking av skjell i marine bløtdyr knyttet til nivået havvann), årlig (endringer i antall og aktivitet til dyr, vekst og utvikling av planter, etc.)

Vitenskapen som studerer rollen til tidsfaktoren i implementeringen biologiske fenomener og i oppførselen til levende systemer, tidsmessig organisering biologiske systemer, naturen, betingelsene for forekomsten og betydningen av biorytmer for organismer kalles biorytmologi. Biorytmologi er et av områdene som ble dannet på 1960-tallet. del av biologi - kronobiologi. I skjæringspunktet mellom biorytmologi og klinisk medisin er den såkalte kronomedisinen, som studerer forholdet mellom biorytmer og forløpet av ulike sykdommer, utvikler behandlings- og forebyggingsregimer for sykdommer som tar hensyn til biorytmer og utforsker andre medisinske aspekter biorytmer og deres forstyrrelser.

Biorytmer er delt inn i fysiologiske og miljømessige. Fysiologiske rytmer har som regel perioder fra brøkdeler av et sekund til flere minutter. Dette er for eksempel rytmer av blodtrykk, hjerterytme og blodtrykk. Økologiske rytmer sammenfaller i varighet med enhver naturlig rytme miljø.

Biologiske rytmer er beskrevet på alle nivåer, med utgangspunkt i de enkleste biologiske reaksjoner i et bur og slutter med kompleks atferdsreaksjoner. Dermed er en levende organisme en samling av mange rytmer med forskjellige egenskaper. I følge de siste vitenskapelige dataene, ca 400 [ ] døgnrytmer.

Tilpasning av organismer til miljøet i prosessen evolusjonær utvikling gikk i retning av å forbedre dem strukturell organisering, og koordinering i tid og rom av aktivitetene til ulike funksjonelle systemer. Eksepsjonell stabilitet av frekvensen av endringer i belysning, temperatur, fuktighet, geomagnetisk felt og andre miljøparametere bestemt av bevegelsen til jorden og månen rundt solen, tillot levende systemer i evolusjonsprosessen å utvikle stabile og motstandsdyktige mot ytre påvirkninger tidsprogrammer, manifestasjonen av disse er biorytmer. Slike rytmer, noen ganger betegnet som miljømessige, eller adaptive (for eksempel daglig, tidevann, måne og årlig), er fiksert i den genetiske strukturen. Under kunstige forhold, når kroppen er fratatt informasjon om ytre naturlige endringer(for eksempel med kontinuerlig belysning eller mørke, i et rom med fuktighet, trykk osv. holdt på samme nivå), avviker periodene for slike rytmer fra periodene til de tilsvarende rytmene i miljøet, og viser derved sin egen periode.

Historisk bakgrunn

Om tilværelsen biologiske rytmer folk har kjent siden antikken.

Teori om "tre rytmer"

Akademiske forskere har avvist "teorien om tre biorytmer." Teoretisk kritikk er beskrevet for eksempel i en populærvitenskapelig bok av en anerkjent ekspert i kronobiologi, Arthur Winfrey. Dessverre anså ikke forfatterne av vitenskapelige (ikke populærvitenskapelige) verk det nødvendig å spesifikt vie tid til kritikk, men en rekke publikasjoner (på russisk er dette for eksempel en samling redigert av Jurgen Aschoff, en bok av L. Glass og M. Mackie og andre kilder) tillater konkludere med at "teorien om tre biorytmer" ikke har noe vitenskapelig grunnlag. Mye mer overbevisende er imidlertid den eksperimentelle kritikken av "teorien". Tallrike eksperimentelle tester på 1970- og 80-tallet tilbakeviste "teorien" fullstendig som uholdbar. Foreløpig teorien tre rytmer» vitenskapelig fellesskap er ikke anerkjent og anses som pseudovitenskap.

Takk til utbredt « teori om tre rytmer», er ordene «biorytme» og «kronobiologi» ofte forbundet med pseudovitenskap. Faktisk er kronobiologi en evidensbasert vitenskapelig disiplin innenfor den tradisjonelle akademiske mainstream, og forvirringen oppstår på grunn av feil bruk av navnet vitenskapelig disiplin i forhold til pseudovitenskapelig teori.

Se også

Notater

1. βίος (udefinert) . Et gresk-engelsk leksikon. Perseus.
2. Henry George Liddell, Robert Scott. ῥυθμός (udefinert) . Et gresk-engelsk leksikon. Perseus.

Den moderne forståelsen av biologisk tid kommer fra erkjennelsen av de biologiske systemenes egen tid. Denne tiden manifesterer seg i form av tiden for deler av en organisme, tiden til et individ, tiden for endring av generasjoner uten å endre livsform, og tiden for endring av livet former seg samtidig med endringen av generasjoner ( evolusjonær tid). Med relativ autonomi, biologisk tid, først og fremst måles tiden til et individ egen klokke, som er ulike slag rytmiske prosesser, som forekommer i subcellulære strukturer, celler, vev, organer, fysiologiske systemer. Ved å korrelere sin egen tid med verdenstid (den fysiske tiden til den ytre verden), reflekterer levende systemer sistnevnte i sin egen tidsstruktur. Men siden det ikke er noen ren, tom tid, men det er tid for varigheten av materielle prosesser, så er forholdet mellom ytre (verden) og indre tid forholdet mellom varigheten av ytre og indre prosesser.

Som en form for eksistens av materie, blir tiden samtidig materialisert ("objektivert") i visse materielle prosesser, og levende systemer reflekterer det ytre, verdens tid i den grad deres indre og vitale (metabolske, fysiologiske) prosesser gjenspeiler prosessene i den ytre verden. På den annen side er intern, biologisk tid autonom i den grad livsprosessene til et gitt levende system er autonome. Å være uløselig knyttet til omverdenen (miljøet), fungere som et element i "organisme-miljø"-systemet, levende system løses ikke opp i dette miljøet, men beholder sin isolasjon fra miljøet og motstår det. Å være et produkt av miljøet, er et levende system det andre vesenet til dette miljøet, dets selektivt akkumulerte historie. Derfor er organismens motstand mot miljøet ikke absolutt, men relativ i naturen, med bevaring av fellesskap i det grunnleggende, det viktigste. De grunnleggende lovene for tidens flyt er de samme for omverdenen og for levende systemer. Imidlertid har manifestasjonene av disse lovene i levende systemer visse detaljer. Som en klump av organisert materie, atskilt fra miljøet og generert av det, beholder et levende system sin isolasjon fra miljøet, sin kvalitative sikkerhet - til tross for "angrepet" fra miljøet, som det (det levende systemet) motstår - for årsaken, spesielt, at tiden i et levende system flyter annerledes enn i omverdenen (hvis dette ikke var tilfellet, ville det levende systemet umiddelbart oppløses i omverdenen).

Rask strøm internt livsprosesser representerer en fortettet annerledeshet (og refleksjon) av sakte flytende prosesser i den ytre verden.

En øyeblikkelig reflekterende handling av et levende system, som er i en viss forstand akkumulert tid, på alle stadier - ved inngangen, i de sentrale leddene, ved utgangen - legemliggjør den dialektiske uatskillelige enheten til fortid, nåtid og fremtid. Selve innholdet i en øyeblikkelig refleksjon er ikke bare et svar på ytre påvirkning, og en respons-prognose bygget på fortiden, som nødvendigvis forutser fremtiden og bringer den inn i nåtiden.

Organismen er bare relativt autonom til syvende og sist, organismen er et element i «miljø-organismen»-systemet. Derfor er dens reflekterende aktivitet i hovedsak en selvrefleksjon av "miljø-organisme"-systemet. Ved å personifisere det aktive prinsippet til dette systemet, bestemmer organismen, gjennom sin aktivitet, sin bevegelse og utvikling. Under evolusjonen skaffet kroppen seg et spesialisert refleksjonsapparat - nervesystemet. Ved å sikre integrering av deler av kroppen til en enkelt helhet, sikrer nervesystemet samtidig effektiv bruk av disse delene (og kroppen som helhet) i organisering av aktiviteter basert på refleksjon utført av de høyere avdelingene. Selv om det spesialiserte refleksjonsapparatet som dukket opp i evolusjonen - nervesystemet - i ettertid underlegger sitt grunnlag, bevarer og forbedrer den kroppslige organiseringen, nervesystemet i sin reflekterende aktivitet den viktigste og opprinnelige egenskapen til biologisk refleksjon - dens rettet antisiperende karakter. Refleksjonsaktiviteten består i at alt, inkludert høyt organiserte, levende systemer som har nervesystemet, bringe noe eget inn i refleksjonen. Denne "egen" er et fremskritt styrt av behov.

ensartet varighet av en klasse av sammenlignbare biologiske prosesser til en levende organisme. Ideen om at naturen til levende organismer først og fremst bestemmes av den spesifikke tidsmessige organiseringen av prosessene som skjer i dem, ble uttrykt tilbake i midten av 19århundre av Karl Ernst von Baer1. Noen forskere prøvde å introdusere begrepene «biologisk tid» (V.I. Vernadsky), «fysiologisk tid» (Leconte du Nouilly), «organisk tid» (G. Backman) i vitenskapelig bruk. Den utilstrekkelige utviklingen av den filosofiske læren om tid tillot oss imidlertid ikke å definere de introduserte begrepene på en slik måte at de kunne brukes i eksperimentelle og teoretisk forskning lik hvordan begrepet "tid" brukes i fysikk. Nærmest en adekvat forståelse av biologisk tid var forskere som oppdaget at hvis perioder med gjentatte prosesser av en levende organisme brukes som en selvidentisk varighetsenhet, kan spesifikke mønstre for dens utvikling identifiseres. Spesielt signifikante resultater langs denne forskningslinjen ble oppnådd av T.A. Detlaf1, som i 1960, sammen med sin bror, fysikeren A. A. Detlaf, kom med et forslag om å bruke varigheten av én mitotisk syklus av perioden med synkrone spaltningsinndelinger, utpekt av dem, som en tidsenhet når man studerer embryonal utvikling av poikilotermiske dyr? og 0 mottatt etter initiativ fra A.A. Neifakhs navn er "detlaf"2. T.A. Utviklet Detlaff en teknikk for å tidsbestemme utviklingen av levende organismer i biologiske tidsenheter? og brukte det 0 i studiet av mange arter av poikilotermiske dyr3. Men inntil nylig ble det værende åpent spørsmål om lovligheten av å kvalifisere tilsvarende varighetsenheter som enheter spesiell type tid, siden de, som varigheten av perioder med sykliske prosesser av levende organismer, er gjenstand for tilfeldige svingninger, mens gjennom historien til utviklingen av tidsbegrepet, blir enhetlighet betraktet som en av de viktigste egenskapene tid. Analyse av konseptet og kriteriene for ensartethet har overbevisende vist at ensartethet er en korrelativ egenskap ved materielle prosesser sammenlignet med hverandre, og at det i prinsippet er mulig å eksistere et ubegrenset sett med klasser av ko-uniforme prosesser (CSP) som tilfredsstiller kriteriene for ensartethet, som hver i det tilsvarende området av den materielle virkeligheten har egenskaper til ensartethet og er egnet for innføring av varighetsenheter og praktisk måling tid 1. Samtidig viste det seg at CSP kan eksistere i slike helhetlige, høyt integrerte materialsystemer, der materialprosesser er så tett sammenkoblet og konjugerer at de oppfører seg som en enkelt strøm, synkront og proporsjonalt akselererende og bremsende under påvirkning av ulike og inkludert tilfeldig skiftende faktorer. Levende organismer er akkurat denne typen system. Tilstedeværelsen av klasser av sammenlignbare biologiske prosesser i levende organismer er bevist av studiene til T.A. Detlaff og hennes kolleger. De fant at med endringer i omgivelsestemperatur, endres varigheten av ulike stadier av embryonal utvikling av poikilotermiske dyr proporsjonalt, og at dette mønsteret er av grunnleggende natur, og dekker prosesser på alle strukturelle nivåer av embryoets organisasjon. Som bemerket av T.A. Detlaff, «... med en endring i temperatur, varigheten av prosesser som har en helt annen karakter og utføres kl. ulike nivåer organisering av kroppen: intracellulært (molekylært og ultrastrukturelt), cellulært (under celledeling og differensiering), på nivå med morfogenetiske bevegelser, induksjonsprosesser og organogenese”2. Med andre ord, hele settet av biologiske prosesser som utgjør utviklingen av embryoet oppfører seg som en enkelt helhetlig prosess. Den inneholder både relativt sakte (flyter på lim) eksakt nivå prosesser med celledeling og differensiering) og veldig raske prosesser, som forekommer på intracellulært, molekylært nivå, som inkluderer for eksempel enzymatiske reaksjoner innenfor cellulær metabolisme. Det er ganske åpenbart at hvis noen strukturelle nivåer Hvis organiseringen av embryoet ble forstyrret, ville synkronisiteten og proporsjonaliteten til endringer i hastigheten til biologiske prosesser bli forstyrret, dette ville ødelegge den naturlige strømmen av hele strømmen av prosesser for dannelse og utvikling av en levende organisme. T.A. påpeker denne omstendigheten. Detlaff understreker: "Det ville ikke være en overdrivelse hvis vi sier at uten denne evnen til å drikke, kunne ikke lototermiske organismer eksistere i det hele tatt under skiftende forhold." ytre miljø: hvis ulike komponenter i komplekset av prosesser som utgjør ethvert utviklingsstadium endres asynkront, vil dette føre til forekomst av brudd normal utvikling, og i senere stadier - til forstyrrelse av kroppens normale funksjon. Det er ingen tilfeldighet at en av de første reaksjonene til embryoer på å nærme seg grensene for optimale temperaturer er desynkronisering av individuelle utviklingsprosesser» (Ibid.). Biologisk og fysisk tid er gjensidig stokastisk, siden enheter av biologisk tid representerer varigheten av slike gjentatte biologiske prosesser, som, målt i fysiske tidsenheter, endres tilfeldig, avhengig av tilfeldige endringer i egenskapene til miljøforhold. Prosesser for funksjon og utvikling av levende organismer, selv genetisk ganske fjernt fra hverandre biologiske arter når de er timet i enheter av sin egen biologiske tid, adlyder de de ensartede lovene om funksjon og utvikling2. For tiden blir det stadig mer åpenbart at det er umulig å avsløre livets essens og lære å beskrive det matematisk som en spesiell bevegelse av materie uten å introdusere begrepet biologisk tid i biologiens konseptuelle apparat. Ved å time og teoretisk beskrive biologiske prosesser i biologiske tidsenheter, vil det være mulig å bryte gjennom den eksterne stokastisiteten til prosesser til de dynamiske lover, ifølge hvilken organismen utvikler seg i samsvar med et gitt genetisk program. Denne konklusjonen bekreftes av resultatene fra mer enn et århundre med forskning på utviklingen av levende organismer og de biologiske prosessene som skjer i dem ved bruk av spesifikke varighetsenheter. For første gang ble en spesiell varighetsenhet, som han kalte «plastochron», introdusert av den tyske botanikeren E. Askenazi1, som definerte den som perioden for dannelsen av ett rudiment av en metamer2 «stammeenhet». Deretter ble måleenheten for varighet "plastochron" brukt av K. Thornthwaite1, D.A. Sabinin2, E.F. Markovskaya og T.G. Kharkina (Markovskaya, Kharkina 1997), etc. Når man studerer den embryonale utviklingen av levende organismer, var I.I en av de første som foreslo spesielle varighetsenheter. Schmalhausen 3. Imidlertid har den brukte I.I. Schmalhausens varighetsenheter, assosiert med en viss endring i volumet av embryoet, viste seg å være anvendelig bare når man studerer veksten av en organisme, og ikke dens utvikling. Noen forskere bruker en eller annen brøkdel av den totale tiden for embryonal utvikling som en varighetsenhet. Slike enheter inkluderer for eksempel "1% DT" (DT - Development Time), som ble brukt til å studere utviklingen av størembryoer (Detlaf, Ginzburg, 1954), fjærfe (Eremeev, 1957, 1959), insekter ( Striebel, 1960; Ball, 1982; Mori, 1986). Og selv om det bare er anvendelig når vi studerer organismer som dukker opp fra eggeskallene på samme utviklingsstadium, lar det oss likevel oppdage mange mønstre for embryonal utvikling av dyrene som studeres. Så G.P. Eremeev, studerer embryonal utvikling ulike typer fugler, er tidspunktet for utbruddet av utviklingsstadier uttrykt i brøkdeler av perioden fra egglegging til klekking. Som et resultat viste det seg at slike tamfugler som kyllinger, ender, gjess, kalkuner, så vel som fugler som lapwing, tamdue, svartterne, har de samme stadiene av embryonal utvikling når man måler tid på ovennevnte måte. samtidig», mens i enheter av astronomisk tid når forskjellen i varigheten av individuelle utviklingstrinn hos forskjellige fugler mange dager. På begynnelsen av 80-tallet, Yu.N. Gorodilov foreslo som en varighetsenhet når han studerte de tidsmessige mønstrene for utvikling av teleostfisker å bruke "tidsperioden der en økning av en enkelt somitt oppstår under metameriseringen av komplekset til embryoets aksiale rudiment fra 1 til 60 somitter» (Gorodilov, 1980, s. 471). I bakteriologi er det en oppfatning at "for å vurdere prosessene for vekst og utvikling av bakterier, er det tilrådelig å bruke ikke den vanlige og stabile fysiske tiden, men en variabel generasjonstid (?..."). Dessverre er enhetene for biologisk tid introdusert av en rekke biologer for store til å matematisk modellere de mer grunnleggende biologiske prosessene til en levende organisme2. Det er gode grunner til å tro at de biologiske (biokjemiske og biofysiske) prosessene til en levende organisme begynner med katalytiske sykluser av enzymatiske reaksjoner av intracellulær metabolisme. Tilbake på begynnelsen av 60-tallet av det tjuende århundre presenterte Christiansen overbevisende argumenter til fordel for sammenhengen i de katalytiske syklusene til alle enzymmolekyler som er involvert i katalysen av en spesifikk biokjemisk reaksjon3. Samtidig er det naturlig å anta det de fleste av Under den katalytiske syklusen er enzymmakromolekylene i stabile konformasjoner, og det reagerende mediet er i en flytende krystallinsk tilstand4, der bevegelsene til molekylene i det reagerende mediet er maksimalt hemmet. Bare for korte, strengt doserte øyeblikk av konformasjonsoverganger av enzymmakromolekyler kommer det reagerende mediet inn i flytende tilstand, begeistret av konformasjonsendringer i enzymmakromolekyler1. I dette tilfellet fortsetter prosessene med diffusjon av molekyler i det reagerende mediet intensivt. Derfor er ideen om at de katalytiske syklusene til alle enzymmolekyler som deltar i en biokjemisk reaksjon forløper synkront, ganske legitim, på grunn av hvilken den katalytiske syklusen er en biologisk betydning en elementær handling av en biokjemisk reaksjon, og varigheten av denne syklusen er videre et udeleligt kvantum av biologisk tid. Innenfor den biologiske tiden er det ingen biologiske prosesser, men de finner sted fysiske interaksjoner atomer og elementære partikler og fysiske og kjemiske prosesser, men de kan ikke fortsette fritt på grunn av de strukturelle og organisatoriske restriksjonene som er pålagt dem levende celle. Spesielt er det normale forløpet av fysiske og fysisk-kjemiske prosesser hemmet av den grunnleggende stokastisiteten i varigheten av katalytiske sykluser, som ødelegger normal funksjon i det intracellulære reagerende miljøet fysiske lover og på nytt underordner dette miljøet handlingen til biologiske lover. Biologisk tid er historisk og hierarkisk på flere nivåer. I prosessen med ontogenetisk utvikling blir hver levende organisme, som starter med et enkelt befruktet egg, gradvis til et komplekst hierarkisk multi-nivå materialsystem med spesifikke mønstre for tidsmessig organisering av prosesser på ulike nivåer. Spørsmålet om biologiske tider på forskjellige hierarkiske nivåer bare er forskjellige skalanivåer av samme tid eller om det oppstår kvalitativt forskjellige biologiske tider på forskjellige nivåer, forblir åpent i dag. Når det gjelder den biologiske tiden for supraorganismale strukturer av levende materie, er den kvalitativt forskjellig fra den biologiske tiden til levende organismer. De grunnleggende tidsenhetene for supraorganismale strukturer av levende materie kan tilsynelatende være levetiden til påfølgende generasjoner av tilsvarende levende organismer, som mange forskere antar. I dette tilfellet bør vi ikke snakke om levetiden til generasjoner av levende organismer i gjennomsnitt over alle tider, men om levetiden til generasjoner som faktisk etterfølger hverandre i den umiddelbare nåtiden, siden det er endringene (i fysiske tidsenheter ) i varighetene av eksistensen av påfølgende generasjoner som anses som kongruente enheter, gjør dem om til enheter for spesifikk tid, mens gjennomsnittlig og inneholder konstant antall fysiske tidsenheter, generasjoners livsperiode er enheter for fysisk tid. I moderne biologi, som i alle naturvitenskap, brukt Internasjonalt system enheter fysiske mengder(SI). Overgangen i biologi fra fysisk til biologisk tid tilsvarer å erstatte en av de grunnleggende enhetene - den andre - med den tilsvarende enheten for biologisk tid. På grunn av den gjensidige stokastisiteten til fysisk og biologisk tid, vil avledede mengder, i hvis dimensjoner det er en dimensjon av fysisk tid "andre", bli til stokastiske variabler. Tilsvarende innenfor biologiske systemer og prosesser, alle fysiske konstanter, i dimensjonene som "andre" vises. Med kunnskap om levende materie og identifisering av biologiske lover, vil deres egne biologiske avledede mengder og konstanter vises, i dimensjonene som dimensjonene til biologisk tid vil bli funnet. Spesielt med overgangen kl matematisk beskrivelse biologiske prosesser etter biologisk tid, vil begrepet "uniform romlig bevegelse" miste sin mening og det vil være behov for å utvikle en idé om det "biologiske rommet" til en levende organisme, like avstander der de ikke er definert i romlige, men i temporale enheter. Se: "The Historicity of Time"; "Multi-level time"; "Relativitet for ensartethet av tid"; " Fysisk tid" tent. Detlaf T.A. Temperatur- og tidsmønstre for utvikling av poikilotermiske dyr. - M.: Nauka, 2001. - 211 s. Khasanov I.A. Fenomenet tid. Del I. Måltid. - M., 1998. Khasanov I.A. Tid: natur, enhetlighet, måling. - M.: Progress Tradition, 2001. Khasanov I.A. Biologisk tid. - M., 1999. - 39 s. // http://www.chronos. msu.ru/RREPORTS/khasanov_biologicheskoe.pdf Ilgiz A. Khasanov

Er det mulig å bremse og øke hastigheten? biologisk tid? Biologer er allerede delvis i stand til å bremse den. Det er nok å avkjøle kroppen, og de levende vil redusere tempoet, eller til og med stoppe helt, men når de øker, vil de gjenopprette sin normale rytme. Forskere har lenge tenkt på hvordan de skal stoppe den biologiske klokken til astronauter for en gitt periode. I denne tilstanden kan de nå de fjerneste planetene, nesten uten å eldes under reisen. Men å akselerere biologisk tid er fortsatt mye vanskeligere.

Hvordan konsentrere biologisk tid? Biologiske forskere har fastslått at spesielle stoffer kalt biogene stimulanter fungerer som en slags konsentrator av biologisk tid. Mekanismen til den biologiske klokken er tilsynelatende den samme i alle organismer, med unntak av bakterier, som ikke har "skaffet seg" en klokke i det hele tatt. Men skjer livsprosesser med samme hastighet i encellede og flercellede organismer? Tross alt, for noen varer livet en dag, for andre - et århundre.

Her er en hjuldyr - en mikroskopisk, men flercellet skapning. Noen arter lever bare en uke. I løpet av denne uken har hjuldyret tid til å vokse og bli gammel. Så hvordan går biologisk tid i dette hjuldyret, som hos mennesker eller 3 tusen ganger raskere?

Naturen selv ga forskeren en enhet som lar ham overvåke overgangen til biologisk tid i en levende organisme uten å gå direkte inn i livet og uten å forstyrre relasjonene i strukturen. Denne enheten er selve divisjonsprosessen. Inndelingshastigheten snakker indirekte om både metabolismen i den og tiden den lever i. Celledeling gir enda mer viktig informasjon– hvor er mekanismen som styrer forløpet av biologisk tid i det levende.

Ved første øyekast virker det noe merkelig at elefanten, mennesket, musen og andre pattedyr, som varierer så mye i størrelse og forventet levealder, tar sine første skritt på livsvei gjør det i samme hastighet.

Hvis vi vurderer de første trinnene i livet i utvikling fra en celle og sammenligner en mus og en elefant, viser det seg at en elefant lever 60 år, en mus - 2-3 år. Embryonal utvikling hos en mus er 21 dager, og hos en elefant er den 660, nesten 2 år. Alt begynner på samme tid, men ender på forskjellige måter. Kanskje den biologiske tiden til musecellen umiddelbart gikk raskere, og den var flere ganger raskere i utvikling enn elefantembryoet? Nei, det er ikke sant. Både musen og elefantungen utvikler seg med samme hastighet de første 7 dagene. Men hvorfor har elefant- og museembryoer de samme biologiske klokkene den første uken?

Det viste seg at i løpet av denne perioden har nesten alle pattedyrembryoer en biologisk klokke satt til "hund", så å si. Arvelige mekanismer – gener som regulerer veksthastighet og metabolisme – fungerer ikke på dette tidspunktet.

For det første får embryoet cellemasse, der det da må bygges ulike organer. Så snart konstruksjonen av organer begynner, er det som om våren til en klokke er viklet. Hver plante er nå gjort med omhu og ikke helt. Alt arbeidet til den biologiske klokken er under kontroll av det genetiske apparatet, og jo mer kompleks organismen blir etter hvert som den utvikler seg, jo tydeligere produserer genene informasjon. Kroppen begynner å dominere funksjonen til den biologiske klokken, og virkningen av ulike hormoner bremser den biologiske tiden enda mer. I et embryo hvis biologiske klokke ikke er så sterkt begrenset av det genetiske apparatet og hormonelle påvirkninger, fordi det ennå ikke har utviklet et endokrine system.

Er det mulig å fjerne tidsbremsen fra en voksen organisme og få den til å leve raskere? Kanskje det er stoffer som konsentrerer tiden, eller, enklere og mer nøyaktig, fjerner tidsbremsen? Hele faren i dette tilfellet kommer ned til forstyrrelse av den biologiske klokken. Akselerasjonen av metabolisme og celledeling må være harmonisk og alltid innenfor normale grenser. Metabolisme i levende celler skjer alltid med flere lavere hastighet, cellen har ganske store reserver i tilfelle fare. Dette betyr at hvis du gir et faresignal, vil cellen delvis fjerne sin midlertidige bremse og alle prosesser i den vil fortsette med økt hastighet. For å gjøre dette er det nødvendig å handle direkte på de genene som regulerer hastigheten kjemiske interaksjoner enorme biomolekyler inne i cellen.

Hvordan kan du gi en celle et faresignal? I evolusjonsprosessen har kroppens celler utviklet en mekanisme som oppfatter forfallsprodukter som er hentet fra lidende celler i nabolaget. Siden levende vesener har de samme molekylære mekanismene for å oppfatte fare, vil de biologiske klokkene til både dyr og planter akselerere i nærvær av forfallsprodukter. Det er grunnen til at aloeblader som holdes i mørket, eller dyrevev som holdes ved 4 0 C i flere dager, allerede inneholder stoffer som kan fremskynde metabolismen i cellene i kroppen som de vil bli introdusert i.

Helt i begynnelsen av embryonal utvikling lever en person i akselerert biologisk tid. Etter hvert som den utvikler seg, reduseres den biologiske tiden. Etter fødselen fortsetter det å skje noe raskere enn hos en voksen. Når folk blir eldre, ser det ut til at tiden «står stille». Er det ikke mulig at tidsbremsen – tidsgenene – spiller inn her med full kraft?

Enhetene til den biologiske klokken er like forskjellige som enhetene til stoppeklokken og solur. Noen av dem er nøyaktige og stabile, andre er lite pålitelige, noen styres av planetsykluser, andre av molekylære...

Tidsmålingsmekanismen er lukket gjennom en krets: cortex - striatum - tolamus - cortex... injeksjon av dopaminspill viktig rolle i koding av tidsintervallet... Marihuana reduserer dopaminnivået og reduserer dermed tiden. Narkotika som kokain og metamfetamin øker dopaminnivået og setter fart på klokken som måler intervaller. Adrenalin og andre stresshormoner virker på samme måte, og derfor inn ugunstig situasjon et sekund kan virke som en time. I en tilstand av dyp konsentrasjon eller sterk emosjonell opphisselse, kan systemet bli fullstendig blokkert og da ser det ut til at tiden har stoppet opp eller til og med ikke eksisterer i det hele tatt. Timeren er i stand til å jobbe i underbevisstheten eller være underlagt bevisst kontroll... Nøyaktigheten til intervalltimeren er fra 5 til 60 %.

Heldigvis er det flere nøyaktig klokke- circadian (fra latin circa - rundt og diem - dag). De tvinger oss til å underkaste oss syklusene dag og natt forårsaket av jordens rotasjon... Kroppstemperaturen stiger regelmessig om kvelden og synker flere timer før vi våkner om morgenen. Blodtrykket begynner å stige mellom 6 og 7 timer. Om morgenen er utskillelsen av stresshormonet cartison 10-20 ganger høyere enn om natten. Trangen til å urinere og tarmbevegelser undertrykkes vanligvis om natten og gjenopptas om morgenen... Daglige sykluser lagres i hver celle i kroppen vår... Endringer i syklusen er ikke mer enn 1 %. Lys er ikke nødvendig for å etablere døgnsyklusen, men det kreves for å synkronisere disse programmerte klokkene med den naturlige døgnsyklusen.

To klynger på 10 000 hver nerveceller, lokalisert i hypothalamus, er plasseringen av klokken ... disse sentrene kalles den suprachiasmatiske kjernen (SCN). Joseph Takahashi fra Northwestern University... mener at det er oscillatorer i våre organer som fungerer uavhengig av oscillatorer i hjernen vår... Å justere døgnrytmen til en plutselig endring av tidssone kan ta dager eller til og med uker... "Ugler"... Selv om de kan søvn i løpet av dagen, deres dype rytmer fortsetter å bli kontrollert av SCN, og derfor "sover" disse rytmene om natten... du kan justere søvnen vilkårlig, men det er urealistisk å angi tidspunktet for endring i nivået av melatonin og cartison selv.

Et misforhold mellom din daglige rutine og dens varighet kan forårsake sesongmessige affektive lidelser. I USA, fra oktober til mars, for hver tjuende person, forårsaker denne sykdommen apati, tretthet, vektøkning, irritabilitet... Alle problemene våre kommer fra det faktum at vi ikke legger oss etter mørkets frembrudd og ikke gjør det. stå opp når solen står opp... Hvis sesongmessige rytmer er så sterkt uttrykt i dyr og hvis mennesker har de nødvendige organene for å uttrykke dem, hvorfor har vi da mistet dem? Michael Menaker mener at vi ikke hadde dem i det hele tatt «vi bodde tross alt i tropene, og atferden til mange tropiske dyr er nesten upåvirket av årstidene. De trenger dem ikke, siden årstidene i seg selv er det nesten umulig å skille”... Årsaken som bestemmer Menstruasjonssyklusens varighet er ukjent. At det stemmer overens med varigheten månesyklus, bare en tilfeldighet.

Naturlig levetid kan ikke bare relateres til artens genetikk... En høy metabolsk hastighet kan forkorte livet, og det er ikke nødvendig at store dyr med sakte stoffskifte overlever små... Som et kronometer som markerer livets slutt, bør du vurdere ... den mitotiske klokken . De overvåker mitose, prosessen der en celle deler seg i to... Celler dyrket i kultur gjennomgår 60 til 100 mitotiske delinger, hvoretter prosessen stopper... I 1997 annonserte Sedaiwi at han var i stand til å få menneskelige fibroblaster til å utføre 20 til 30 ekstra delingssykluser på grunn av mutasjon av et enkelt gen. Dette genet (p21) koder for syntesen av et protein som reagerer på endringer i strukturer kalt telomerer, som lukker endene av kromosomene. Ved hver deling splittes fragmenter av og går tapt fra telomerer. Biologer tror at celler eldes når telomerer blir mindre. viss lengde... Celler som kan ignorere korte telomerer blir kreft. Jobben til p21 og telomerer er å tvinge celler til å slutte å dele seg før de blir kreft. Faktisk kan cellulær aldring forlenge livet i stedet for å føre til slutten. Foreløpig kan ikke sammenhengen mellom telomerforkorting og aldring anses påvist. For de fleste celler er det ikke nødvendig å dele seg. Infeksjonsbekjempende hvite blodlegemer og sædprekursorer er et unntak. Mange gamle mennesker dør av enkle sykdommer. Avvik... kan være assosiert med aldring av immunsystemet... Tap av telomerer er bare en av de mange skadene som cellene får ved deling... Celler som har gjennomgått flere delinger inneholder flere genetiske feil enn unge. Så dette er ikke overraskende at kroppen setter en grense for mitose. Og å prøve å jukse aldringsprosessen til celler vil sannsynligvis ikke føre til udødelighet.