Біоритми людини

Вивченням ритмів активності і пасивності, які протікають у нашій організмі, займається особлива наука — биоритмология. Відповідно до цієї науці, більшість процесів, які у організмі, синхронізовані з періодичними солнечно-лунно-земными, і навіть космічними впливами. І це не дивно, адже будь-яка жива система, зокрема і достойна людина, перебуває у стані обміну інформацією між, енергією і речовиною з довкіллям. Якщо це обмін (будь-якому рівні - інформаційному, енергетичному, матеріальному) порушується, це негативно б'є по розвитку і життєдіяльності организма.

ІЄРАРХІЯ УПРАВЛІННЯ У ОРГАНИЗМЕ.

Тіло людини складається з клітин, що з'єднують їх тканин та систем: це у цілому є єдину сверхсистему организма.

Міріади клітинних елементів ми змогли працювати як єдине ціле, якби в організмі не існував складний механізм регуляції. Особливу роль регуляції грає нервова система і системи ендокринних залоз. Однак у складному механізмі регуляції кілька рівнів, першою з яких є клеточный.

У кожній клітині тіла міститься генетична інформація, достатня у тому, щоб було відтворено весь організм.

Цю інформацію записана у структурі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) й полягає в генах, розміщених у едре.

Клітина має внитереклеточные регулятори, причому їх структура однакова і в мікробів, й у клітинах вищих організмів. Одна група цих регуляторів побудована з харчів обміну глюкози (циклічно нуклеотиди), переважно представником яких є циклічний аденозимонофосфат (чи цАМФ); друга — з харчів обміну жирних кислот (простагландины). Так, з енергетичних субстратів створюється система регуляції для використання цих субстратов.

Оболонка клітини — мембрана грає великій ролі вона є свого роду антеною чи рецептаром, налаштованим для сприйняття одних сигналів і нечутливих решти. У відповідність до сигналами, що надходять із рецептаров мембрани, клітина змінює свою активність, швидкість процесу розподілу тощо. Так завдяки мембрані клітина відповідає на потрібний сигнал чи погоджує перший рівень регуляції - внутрішньоклітинний — з вимогами, що висуваються клітині організмом.

Другий рівень регуляції - надклеточный — створюється гормонами. Гормони — спеціальні речовини, виробляються переважно в ендокринних кайданах; надходять через кров, вони впливають на діяльність чутливих до них клеток.

Якщо згадати, що первинна життя зародилася в водної середовищі, то ми не може захопити, що склад парламенту й концентрація солей (іонів), омывающих клітину, практично справді відповідає сольовий воді Світового океану в докембрийскрой періоді, коли у процесі еволюції створювалася структура сучасної клітини. Протягом мільйонів років склад клітини постійний, незважаючи настільки складні їх перетворення в спеціалізовані тканини і органи вході подальшої еволюції живої природи. Навіть механізм смерті існуючи замовчується певні показники внутрішнього середовища (наприклад, концентрацію кальцію і фосфору у крові), однаковий важливі й у одиночній клітини, і Світового океану, й у нервової клітини мозку людини. Ці властивості охороняються мабуть, настільки непохитно для збереження самого життя.

Не випадково высокоспециализированных живих системах, включаючи людини, функціонує особлива ендокринна заліза обедняющая діяльність низки ендокринних залоз — пульт управління і координації. Людина — гіпофіз розташований, на добре захищеної відсталими образованьями «турецькому сідлі».

Кожній периферичної ендокринної залозі відповідає гіпофізі спеціальний гормон — регулятор. Це створює низку окремих систем, між якими здійснюється взаємодія.

Гіпофіз представляє, в такий спосіб, третій рівень регуляції у вищих організмів. Але гіпофіз може отримувати сигнали, оповещающие у тому, що відбувається у тілі, але має прямого зв’язки з зовнішнім середовищем. Тим більше що у тому, щоб чинники довкілля постійно не порушували життєдіяльність організму, має здійснюється пристосування тіла до мінливим зовнішнім условиям.

Про зовнішніх впливах організм дізнається через органи почуттів, які передають одержану інформацію в центральну нервову систему. У організмі існують пристрій — регуляторю, передавальну цю інформацію у робочі органи відповідні клітини різних тканин — гіпоталамус.

Гіпоталамус виконує безліч функцій. По-перше, зв’язок нервової системою, оскільки гіпоталамус це типова нервова тканину що складається з нейронів, пов’язана з усіма відділами нервової системи. По-друге, гіпоталамус регулює гіпофіз, оскільки є однокринной железой.

Отже, з допомогою гіпоталамуса здійснюється взаємозв'язок між зовнішнім світом і внутрішньої середовищем. Завдяки своєму незвичному влаштуванню гіпоталамус перетворює швидкодіючі сигнали з нервової системи, в медленнотекущие, спеціалізовані реакції ендокринної системи. Гіпоталамус — четвертий рівень регуляції в организме.

П’ятий рівень регуляції - центральна нервова система, яка включає і кору головного мозга.

Нарешті, особлива ендокринна заліза, також які перебувають у мозку, — эпофиз — надає регулюючі впливом геть гіпоталамус, в частковості змінює його чутливість до дії гормонів.

І все-таки саме гіпоталамус, а чи не інші відділи нервової системи є центральним регулятором внутрішнього середовища організму. Чим зумовлена таке значення гіпоталамуса? Передусім тим, що гіпоталамус — головний регулятор вегетативних (що протікають підсвідомо) функций.

Нервова систем може втрутитися у протягом автоматичного здійснення деяких функцій, якщо виникне потреба пристосувати діяльність організму до вимог, які висуваються довкіллям, але з контролює цю діяльність без необхідності. Тому гіпоталамус у що свідчить функціонує автоматично, без нагляду із боку центральної нервової системи, підкоряючись власному ритму і сигналам, що надходять з тела.

Гіпоталамус регулює також функції, як репродукція, зростання тіла (гормон зростання), діяльність щитовидної залози (тиреотропный гормон), кори надниркових залоз (кортикотроин), функцію молочної залози (лактогенный гормон, чи гормон, стимулюючий секцію молока). У гіпоталамусі й прилеглих щодо нього відділах мозку — перебуває центр сну, і навіть центр, контролюючий емоції. У гіпоталамусі перебувають центри апетиту, і центр теплопродукции і теплорегуляции.

У гіпоталамусі є структури, пов’язані з регуляцією задоволення чи насолоди. Чимало з цих центрів функціонують взаємозалежне, наприклад, відділи гіпоталамуса, контролюючі апетит, емоції, і енергетичний обмін. У гіпоталамусі є спеціальні структури, чи центри, із якими связанна регуляція серцевої діяльності, тонусу судин, імунітету, водного і сольового балансів, функції шлунково-кишкового тракту, сечовиділення тощо. Понад те, в гіпоталамусі є відділи, мають прямий стосунок до вегетативної нервову систему загалом. Вегетативна нервова система регулює діяльність внутрішніх органів, саме, контролює повторювані, автоматичні процеси у тілі. Сама вегетативна система складається з 2 частин — симпатичної і парасимпатичної, які мають на тканини і органи протилежні впливу. Фактично, немає жодної функції у складній інтеграції організму,.

яка вимагала б участі гіпоталамуса. Та загалом усі його функції можна розділити на 2 группы.

По-перше, гіпоталамус пристосовує діяльність організмів до місцевих умов середовища, захищає організм від ушкоджує впливів довкілля, т. е. Протидіє чинникам, здатним призвести до смерті организма.

По-друге, гіпоталамус — це найвищий орган сталості внутрішнього середовища. Разом з регульованими органами гіпоталамус працює як своєрідна замкнута система, забезпечуючи сталість внутрішнього середовища відповідно до інформацією, одержуваної з внутрішньої злагоди організму. Гіпоталамус старанно контролює постійні, регулярні процеси, які мають протікати циклічно, незалежно від зовнішнього світу. Але він також пристосовує організм до тиску оточуючої среды.

Понад те, гипоталамические і гипофизарные процеси впливають на стан як тіла, а й мозку і, можна сказати, на стан духу. Ті самі гормони, які контролюють секрецію молока (лактогенный гормон), кори надниркових залоз (кортикотропин) і мобілізації жиру (липотропин), піддаються у мозку біологічним перетворенням. У результаті цих гормонів отсоединяются простіші за будовою речовини, які впливають на процес запам’ятовування і навчання, емоційне забарвлення подій, сприйняття болю — тобто. розвиток мозком багатьох рішень. Отже, хіба що матеріалізується прислів'я: «У здоровому тілі - здоровий дух».

Системи гіпоталамуса, які підтримують сталість внутрішнього середовища, суворо регулюються відповідно до механізмами негативною зв’язку. Вони забезпечують виконання закону сталості внутрішнього середовища організму.

Стабільність годі було розуміти, як щось нерухоме застигле. Саме підтримку стабільності може пов’язуватися з активною роботою кожної системи зокрема і всього організму загалом, що СРСР розвалився, що — це усереднені коливання кожного явища, тобто. динамічну рівновагу, достигаемое за правильної діяльності гомеостатических систем. Разом про те якщо стабільність — це необхідна умова існування організму, то будь-яке стійке порушення слід визначати як болезнь.

Дати визначення слову «хвороба» ттрудно. Що стосується патологічних процесів, пов’язаних з порушенням сталості внутрішнього середовища проживання і регуляції загалом, хворобою, з визначення, тобто. у суворо теоретичному сенсі вважатимуться стан стійкого чи інтенсивного відхилення від стабільності. Інакше кажучи, будь-яке стойкое5 порушення гомеостазу є хворобою, бо хворобою закономірно позначають будь-який патофізіологічний процес, що збільшує ймовірність смерті. Правильність даного визначення можна переконатися, дізнавшись про роль стресу у виникненні про хвороб адаптации.

СТРЕС І БОЛЕЗНИ.

У організмі у відповідь кожне зміну умов, яка потребує підвищення працездатності, виникає серія стереотипних пристосувальних реакцій, вкладених у забезпечення її захисту. Сукупність цих захисних реакцій відомий фізіолог Ганс Сельє визначив як адаптаційний (пристосувальний) синдром, чи стрес.

Підвищення чи зниження температури довкілля, голод чи жага, емоційну напругу чи обездвиживание — усе це викликає кілька змін — у організмі, які об'єднують у поняття «стрессорная реакция».

Організм у випадках хоч як мене цікавиться деталями, тим, що становить особливість кожного з стрессоров, а реагує загалом повреждающий чинник. Стрессорная реакція вигідна для організму тим, що вона стереотипна: організм має можливість відразу переступити до захисту, використавши при цьому одну закріплену реакцію у відповідь розмаїття надзвичайних подразників. Реакція адаптації, чи стресу, включається завжди автоматично,.

й без участі свідомості, а лише під впливом безумовних рефлексів — болю чи зміни складу внутрішньої среды.

Штучне порушення системи адаптації тягне у себе неабиякі наслідки. Та й у природних умовах організм нерідко дорого оплачує своє вміння захищатися шляхом пристосування. Велика група хвороб адаптації виникає саме за умов стресса.

Розглянемо класичний приклад стресовій ситуації: зустріч собаки й кішки. Органи почуттів з відривом дають сигнал в центральну нервову систему у тому, що супротивник близько. Ситуація оцінюється корою мозку, але саме оцінювання эмоциональна.

Саме емоція є дуже сильним мобілізуючим чинником. Регуляція емоцій значною мірою зосереджена гипосталамусе.

Він посилає сигнали вегетативної нервовій системі. Сигнал швидко вступає у надниркові залози, і вони викидають свій гормон — адреналін. Викид адреналіну до крові сприяє розширенню судин мозку серця, легень і, навпаки, звуження судин шкіри внутрішніх органів, унаслідок чого відбувається перерозподіл обсягу крові, вигідна боротьби. Посилюється діяльність серця, збільшується артеріальний давление.

Усе це діяльність потребує забезпеченні енергією, і адреналін мобілізує джерела жирові депо — жирні кислоти і з печінки — глюкозу. Посилюється харчування м’язової тканини і мозку. Усе це, разом узяте, сприяє підвищенню температури і це створює оптимальні умови для перебігу хімічних реакций.

Адреналін різко підвищує здатність серця засвоювати кисень. Для людини ця захисна міра може бути вкрай небезпечної. Занадто інтенсивне поглинання кисню з крові при негативних емоціях тимчасово може створити кисневе голодування, що іноді призводить до недостатності у роботі серця, і навіть до інфаркту міокарда. Але у нормальний плин стрессорной реакції адреналін, швидко руйнуючи, встигає дати стимул для антистессорной защиты.

У гіпоталамусі на той час відбувається зміна у незначній концентрації посередників — нейромедиаторов. Вони активізують виділення до крові з гіпофізу кортикотропина, гормону розвитку і пролактину. Ці гормони мобілізують жирні кислоти з жирових депо. Це необхідно, оскільки тривале використання адреналіну енергетично невигідно: адреналін викликає вегетативну бурю. З іншого боку, жирні кислоти забезпечують серцю в 6 разів більше енергії, ніж глюкоза.

Кортикотропин (гормон гіпофізу) відає діяльністю кори надниркових залоз та підсилюють антистрессорную захист. Кора надниркових залоз завжди включається, коли необхідна захист. Спочатку мозковим шаром кори надниркових залоз виробляється адреналін. Потім під впливом кортикотропина виділяється група гормонів, головною з яких є кортизол. Кортизол має подібними з адреналіном властивостями, але термін дії кортизола значно більше. Кортизол перешкоджає засвоєнню глюкози в м’язової тканини і активізує процес перетворення білка в глюкозу. Проте за виділенні великої кількості кортизола внаслідок дуже сильного емоційного впливу в дозволить навіть розвинутися тимчасовий цукровий діабет через нездатність швидко засвоювати знову утворюваний цукор. Якщо в тієї чи іншої індивідуума є при цьому певні передумови, то тривалий стрес може спричинити і до стійкому диабету.

Бєлки є структурними і функціональними елементами клітин. Тому переклад білків в цукор не вигідний для організму. Бєлки беруть із тих тканин, які швидко оновлюються в організмі й не несуть певної структурної функції. Такий тканиною є лімфоцити, розосереджені лімфатичних кайданах, селезінці, кістковому мозку химусе — головному органі клітинного імунітету. Не випадково, що буває після сильного й тривалого хвилювання легко занедужати простудним, вірусним захворюванням. Зв’язок між хвилюванням і інфекцією.

породжена використанням лімфоцитів задля забезпечення енергетичних потреб у період стресса.

Однак у розпал стресу всіх можливих наслідки розрахунок не приймаються, навпаки, забезпечення енергією — головне. Ще звужується просвіток судин внутрішніх органів, посилюється робота серця, підвищується тиск крові у системі, пришвидшується струм крові. Тому тривалі негативні емоції небезпечні для гипертоника. Стреси сприяють виникненню гіпертонічної болезни.

Усі гормони підвищують згортання крові, і дозволяє уникнути сильних кровотеч. Але це захисний механізм в змозі з’явитися причиною виникнення тромбозу судин і інфаркту міокарда в людини під впливом емоційного возбуждения.

У процесі боротьби усе, що заважає має бути загальмоване. Тому кортизол придушує як імунні реакції, а й запалення, цим, зменшуючи величину ушкоджень при травме.

Але якщо ушкодження тканин велике, то частина білків з травмованої тканини, потрапляючи у єдиний ліжок, сягає імунної системи та, діючи її у подібно «чужим» білкам, виробляє імунізацію організму проти власних тканин. Антитіла проникаючи у кістковій тканині, можуть викликати ушкодження. Це загрожує тварині хворобами і навіть смертю по закінченні боротьби від аутоімунних заболеваний.

Кортизол, кортикотропин і пролактин гальмує активність статевого центру і центру апетиту гіпоталамуса, що доцільно під час борьбы.

Після закінчення боротьби з її високим витратою енергії починається фаза відновлення. Розширюються шкірні судини, збільшується потовиділення. Це охороняє від надмірного перегрівання, можливого внаслідок інтенсивного згоряння жирних кислот і глюкози в боротьбі. Надлишок жирних кислот служить у період відновлення сировиною для синтезу холестерину, яке необхідне ремонту ушкоджених тканин з допомогою розподілу клітин (каркас мембрани містить багато холестерина).

Всі ці зміни при кожному емоційному стресі. Тому часті і чи тривалі хвилювання, створюючи хибну ситуацію захисту, формують типову хвороба старіння — атеросклероз.

Потім спрацьовує особливий антидиуретический гормон — вазопрессин, — який затримує виділення води нирками і допомагає відновленню втраченої крові. Посилюється функція щитовидної залози. Загасає виділення кортизола, що сприяє відновленню синтезу белка.

Так послідовно, етап за етапом регулюється механізмом захисту та своєчасне відновлення потерь.

Порушення рівноваги при стресі можливим завдяки підвищенню гипоталамического порога. У його відсутності стрессорная приспособительная реакція було б короткочасною. Вищі організми наділені високої здатністю захисту від стрессоров, що з появою у процесі еволюції складних гомеостатических систем. Створити необхідні відхилення за захистом можна тільки з допомогою порушення гомеостазу. Тим самим було, захищаючись від зовнішні причини смерті, організм робить це ціною хвороб адаптации.

Після емоційної напруги настає апатія — ознака виснаження запасів нейромедиаторов, необхідності спокою на відновлення. Стресова ситуація забувається організмом, якщо під час стресу цього не сталося серйозних порушень в организме.

ВНУТРІШНЬОКЛІТИННІ БИОРИТМЫ.

Через те, кожна клітина представляє собою самостійну функціональну одиницю і що активність дії окремих клітин, логічно розпочати розгляд біоритмів з клітинного рівня.

Вмістом клітини є протоплазма, у якій постійно йдуть два протилежних процесу: анаболізму і катаболизма.

Анаболизм — це біологічний процес, при якому прості речовини з'єднуються між собою, що призводить до побудові нової протоплазми, зростанню і нагромадженню энергии.

Катаболізм — це протилежний анаболизму процес розщеплення складних речовин більш прості, у своїй раніше нагромаджена енергія звільняється і виробляється зовнішня чи внутрішня работа.

Отже, анаболические процеси ведуть до нарощування протоплазми, а катаболические, навпаки, — до зменшення і його деструктуризации. Але це процеси, сполучаючись, взаємно посилюють одне одного. Так, процеси розпаду клітинних структур стимулюють їх наступний синтез, чим більше складних структур накопичується в протоплазмі, тим активніше може бути наступне розщеплення з вивільненням великої кількості енергії. І тут спостерігається максимальна життєдіяльність клітини, отже, всього організму в целом.

Керують цим ритмом світ і температура. Чим сильніший ці чинники, тим вираз циклоз (перемішування протоплазми) і активніше ферменти. До того ж із 3 до 15 годин відбувається зсув внутрішнього середовища організму в кислий бік. Поміркована фізична навантаження додатково сприяє зрушенню КЩР (кислотно-лужної рівноваги) убік закислення. Отже, світлу годину доби сприяє активізації катаболических процесів у кожному клітині организма.

З зменшенням освітлення і зниженням температури зменшується фізична активність. Усе це вкупі викликає загустение протоплазми клітин, зменшення у яких циклоза. У результаті клітини переходить до неактивне стан. Тепер у них реалізується програма відновлення, накопичення, чому сприяє також зрушення з 15 до 3 годин КЩР в лужну сторону.

Отже, головним водієм і синхронизатором внутрішньоклітинних біоритмів є зміна дні й ночи.

Пригнічують биоритм клітин кілька факторов.

1. Елементарна недотримання ритму неспання і сну. Днем спати, вночі працювати. Треба обов’язково відмовитися від нічних змін і зажадав від протиприродного образу жизни.

2. Організм має власний електричний заряд. Через те, що поверхні Землі і навколоземні верстви атмосфери мають негативний заряд, ноги заряджаються негативно. Голова з допомогою дихання позитивно зарядженим повітрям і контакту з нею набуває позитивного заряду. Але середній заряд тулуба може бути нейтральним, і з цим і загальне налаштування тіла людини в різниці потенціалів між ступнями ніг і верхівкою голови сягає загалом 210−230 вольт. Ці показники найважливішими при нормальної життєдіяльності організму, що впливає внутрішнє середовище і біоструми. Через те, сучасний людина ізольований від Землі (взуття на электроизоляционной підошві, синтетичний одяг, штучні статеві покриття, меблі з пластику і т.д.), підживлення організму негативними зарядами через ноги сильно не може. Через війну організм набуває надлишковий позитивного заряду, який зміщує внутрішнє в кислий бік, і орієнтують макромолекули організму у просторі в несприятливу їхнього функціонування сторону.

ДОБОВІ БИОРИТМЫ.

ПІДТРИМКУ СИНХРОННОСТІ З ОБЕРТАННЯМ ЗЕМЛИ.

Кожен організм, існуючий Землі, є своєрідними годинами. Усі організми — плоди еволюції, протягом три мільярди років життя в Землі розвивався і пристосовувалася, безупинно і передаючи інформацію з клітини до клітини, з покоління до покоління. Усі живі організми несуть у собі зміни, накопичені у цьому боргом процесі розвитку, тому так добре пристосовані до безустанному обертанню на ши планеты.

Фізіологічне час, як і й місцеве час на обертовою планеті, має циклічний характер. Для будь-яких годин, зовнішніх чи внутрішніх, підстроювання (зрушення) однією чи навіть кількох повних циклів це не дає помітного ефекту. Проте зрушення біологічного годинника на частина циклу призводить до відчутним фізіологічним наслідків, як свідчить феномен перепаду часу при трансмеридианных перельотах. Таке усунення всередині циклу називається зрушенням фази, тобто становища повторюваного процесу у його власному циклі (наприклад, фази Луны).

Крім ефекту перепаду часу, відкритого нещодавно у зв’язку з трнсмередианными перельотами, існує стала необхідність підлаштовувати фазу біологічного годинника через невеликого розбіжності між власним періодом цих годинників та періодом обертання Землі. Невідповідність цих періодів одну годину або близько того зазвичай багатьом біологічних видів, мають досить точні внутрішні годинник. Людина, наприклад, період годин близький до 24 годинах. Відхилення одну годину не перевищує 4% діб, — очевидно можна припустити про. Через близькості періоду до земним діб біологічний годинник цього було названо циркадианными (від латів. Circa — близько, приблизно і dies — день, сутки).

Час проти цілодобово здається незначним, але ефект різниці періодів швидко накопичується. Для живих організмів важлива синхронність і, щоб їх підтримувати, треба постійно вносити поправку. Якщо фазу убегающих чи відстаючих годин не міг зрушувати, вони повинні були всі час рухатися (як компенсація однієї години на екваторі потрібна швидкість 40 миль за годину). Якби годинник були зовсім точними і фаза некерованої, їх власник було б назавжди прикутий до тимчасової зоні свого народження. Понад те, ці ідеальні біологічний годинник мали бути зацікавленими несприйнятливі до будь-якого чиннику, сдвигающему фазу, наприклад, охлаждению.

Без можливості підлаштовувати фазу своїх 25-часовых внутрішніх годин, — а це втратили окремі, зокрема багато сліпі, — їхні власники, залишаючись дома, зміщуватимуться в часі та втрачати узгодженість з навколишнім 24-годинним світом. Якщо розбіжність становить рівно одну годину на добу, то узгодженість буде відновлятися періодично, кожні 24 дня. Якщо поліпшити відповідність власного періоду годин зовнішньому періоду, це зніме проблеми, а лише подовжить процес втрати і придбання синхронності. Отже, щоб підтримувати синхронність наших внутрішніх годинників із обертанням Землі потрібно щось більше, ніж просто близьке відповідність двох періодів: потрібно сигнал, зовнішній такт, який би щодня підбудовував фазу наших годин до місцевому времени.

Сигнал часу може бути суворо пов’язані з обертанням планети і щодня досить точно повторюватися. Таким сигналом часу більшість біологічних видів є світло. Постійне освітлення з інтенсивністю місячного світла виявляється достатнім, щоб зупинити хід циркадианных годин у плодової мушки і в грибів до лабораторій. У ссавців годинник менш чутливі, а й у людину ще менше, але й нас найкращий спосіб дізнатися про час — оцінити свет.

ВРОДЖЕНІ БІОЛОГІЧНІ ГОДИННИК ЛЮДИНИ.

(25 — ГОДИННИКОВИЙ ПЕРІОД).

Що може бути звичніше зміни дні й неспання, одноманітні низки нашого часу і ночей? Поруч із обертанням Землі «тканину» нашої свідомості робить обертів, від беззвітних фантазій сонного усамітнення до колективних фантазій життя. Кожен, хто вирватися від цього круговороту, знає, що така порядок зовсім не від нав’язаний жорстоко чергуванням світла й темноти, хоч і ухилятися від цього так важко вдається. Мірний хід геофізичного маятника має подобу всередині кожного людей і непросто як звички підпорядковуватися ритмам планети — всередині нас йдуть справжні фізіологічні годинник, складові частина нашого спадкового багажу. У умовах хід цих уроджених біологічного годинника повністю підпорядковується грандіозним геофизическим годинах, чий моделлю є. І все-таки внутрішні годинник «цокають» надають свою значної ролі з нашого повсякденні. Тож давайте розглянемо ті ситуації, коли вдається розчути незалежне, самостійне биття біологічного годинника.

У Баварії було зроблено експеримент уже умовах ізоляції від часу. У на самому початку місячного експерименту, поведінка випробуваного вивчається при звичайному 24-часовом режимі висвітлення: щоразу вечір у 23 години світло вимикався, а вранці о 7-й включався у відповідність із розпорядком, прийнятим «зовні». Перевірюваний неспроможне контролювати висвітлення, крім нічника, але настільки тьмяного, що він у рахунок не йде. Реєстровані показники виявили ритмічне коливання з періодом 24 години; цикл сон-бодрствование — одне із багатьох, лише найбільш кидається в глаза.

Довіримо тепер контроль висвітлення ізольованому приміщення самому испытываемому. Зазвичай його (чи його) ритм температури тіла і чергування сну — неспання таких умов зберігається, але починається запаздовать щодня приблизно за годину. Зрушення буде 24 години кожні 25 зовнішніх днів, тобто кожні 24 внутрішніх дня. Якщо газета продовжує надходити до випробуваному «разів у день» — що він спить, то приблизно 25 зовнішніх днів настане година, коли сьогоднішня газета ввійде у лабораторію раніше, ніж що у ізоляції від часу передадуть вчерашняя.

Деякі в ході експериментів, переключаються на 25 годинниковий цикл, показують дивовижні результати: чоловік у умовах ізоляції від часу вже за тиждень переключаються з 25-часового періоду (приблизно 8часов сну й 17 годин неспання) на періоди вдвічі корчі, або, вдвічі довшій. Водному із перших експериментів середня тривалість нічного сну без пробудження становила 19 годин. Така картина стривожила дослідників: такий тривалий сон у здорової людини видавався ненормальним. Але випробовувані визнали марафонські дистанції сну й неспання цілком зручними і навіть помічали, що сон часом триває лише 4 години, а інший рас і 18 годин, а робочого дня міг тривати 30 годин безперервно. Вчасно хитромудрих поєднань, інтервалів активности-покоя ритм температури тіла суворо витримує 25-часовой період. Юрген Ашофф директора Інституту физеалогие поведінки імені Макса Планка в Андексе першим описав цей внутрішній температурний ритм, цим довівши сувору регулярність циркадианных біологічного годинника в людини навіть за умов, коли інших проявів життєдіяльності цим годинах не підпорядковуються. Ашофф виявив, що протягом особливо довгих циклів активности-покоя температура тіла можна порушувати і спадати двічі. При таких приблизно 50-часовых «сутков» випробовуваний по — колишньому до кожного снідання отримує чергову газету, зберігає трьох разовий режим харчування (щоправда, кожний раз з'їдає значно більше звичайного, проте поступово кілька втрачає у вазі) і помічає нічого особливого. Важко описати здивування й недовіру випробуваного, коли відразу після двох чи трьох тижнів ізоляції, щодо нього входить дослідник і оголошує закінчення умовно місячного експерименту. Переконати випробуваного може лише пачка вже отриманих (майбутніх) газет.

Більше тривалі записи спонтанного чергування активности-покоя були отримані експерименті із ховрахами і хомячками, яких роками містили в одиночному укладанні, в ізоляції від усіх сигналів часу. У цих тварин внутрішні годинник, очевидно, більш надійно синхронізують сон і активний період, ніж в нас вами. Проте і виявилося неухильне зміна циркадианного періоду, кілька років досягла лише кілька ми нут. Деякі натяки ж на таку закономірність отримані й у людини. Рекорд перебування у умовах тимчасової та соціальній ізоляції становить сьогодні зо шість місяців. Втім, можливо, нам просто більше не відомі більші і, скажемо, ефективніші, але з зареєстровані експерименти, які проводилися які у похмурих підземеллях середньовічних замків.

ВІЛЬНИЙ ХІД І ЗАХОПЛЮВАННЯ БІОЛОГІЧНИХ ЧАСОВ.

Біологічний годинник з періодом 25 годин, притаманні нам, як і іншим приматів, був по-справжньому відкритий лише 20 років тому я, але в людини, а й у сліпий білячої мавпи, яка жила лабораторії Курта Ріхтера в Медичної школі при Університеті їм. Джона Хопкінса. Мавпочка вільно вешталася лабораторії і піддавалася дії всіх щоденних періодичних чинників, крім світла. Вона чергувала сон і активний період, як і саме Ріхтер, але з іншим періодом. Сліпа мавпочка довела, що володіє власними внутрішніми годинами, яких вона йшла так само неухильно, як йдуть добовому циклу обертовою планети. Щомісяця в протягом днів час активності мавпочки збігалося під робочою днем експериментаторів, але щоразу поступово з’являлося накопичення зсуву: мавпочка ставала «совою», з погляду людини, — втім, з її «погляду», люди ставали б «жайворонками». За два тижня розпорядок дня мавпочки запізнювався настільки, що її сніданок припадав на пізній вечір і ніч: наша «сова» перетворюватися на «жайворонка». Ще за тиждень її режим дня знову ставав як в людей. Цей цикл повторювався приблизно щомісяця протягом кілька років. Мавпочка дотримувалася свого внутрішнього течії часу, незалежного від періодики Сонця, відвідин Місяця й людей лаборатории.

Ця незалежність від зовнішнього часу було виявлено й у поведінка деяких сліпих людей. Юнак у дитинстві втратив зору. У студентські рік він мучився, безуспішно намагаючись подолати хронічну безсоння і денну сонливість. Примітно, що це недуга переслідував його за 2 — 3 тижня поспіль щомісяця. Юнак вів щоденник, який дуже до речі, що він, зрештою, звернувся по допомогу до лікаря. Реймонд Майлз із колегами помітили, що час денний сонливості студента щодня запізнюється одну годину, доки зливається з нічним сном. Через тиждень сонливість знову з’являється, але вже настав вранці, а нічний сон одночасно порушується безсонням. Цей цикл повторюється приблизно кожні 25 дней.

Лікарі запропонували йому відмовитися від безплідною боротьби над виконанням 24-годинного режиму. Вони порадили йому спати тоді, коли він справді спати, і оберігати його сон від будь-яких занепокоєнь за умов лікарняного стаціонару. Вперше за багато років щоденний спосіб життя став регулярним: весь день — бадьорість, ніч — безперервний сон. Проте його «день» і «ніч» більше збігалися з астрономічними — студент перейшов до 25-часовой ритм.

Коли ж вона повернувся озер місяцем до життя, його сон знову з’явився, розбитий на шматки, попри героїчних зусиль, застосування кофеїну і снодійних. Але сьогодні вже було зрозуміло, що його денна сонливість виявилася замаскованої продовженням внутрішнього 25-часового ритму. Подібним недугою страждає близько полвины сліпих людей.

Біологічним ритмом з періодом 25 годин мають як сліпі, а й зовсім здорові, зрячі люди. Хоча природний плин своїх внутрішніх годин щодня відстає одну годину, гаразд вони согласованны з 24-годинним циклом чергування дні й ночі й вони зможуть «у ногу з ним». Проте, багато сліпі, та й деякі зрячі люди позбавлені цієї здібності.

щодня одну годину підлаштовувати своїх внутрішніх годинник, що неспроможні підтримувати синхронність з обертанням Землі та ритмом життя їх окружения.

Люди з зором, живе за умов щоденного чергування світла, і темряви, таке трапляється виняток. Але, коли людина зумисне залишає біле світло, скажімо, спускаючись у вічну тишу підземної печери чи навіть зачиняючи у кімнаті без вікон, його ритм сна-бодрствования практично завжди повертається до свого природному періоду близько 25часов. Очевидним є й природа, й суспільство постійно кваплять нас: ніж відставати 24-годинного світу, змушені поспішати, щодня, випереджаючи себе час.

Людина перехід до внутрішньої системі відліку часу менш очевидний, ніж в інших ссавців, можливо, оскільки наша свідома життя слабше связанна з фізіологічними процесами. Інколи досить невеликого поштовху, щоб вивести ритм сну чи якогось іншого окремого показника з-під впливу потужної хвилі біологічних припливів і відпливів. Проте він мение наші внутрішні годинник надійно визначають загальне полотно розподілу сну й гарантують, що разів на один оборот планети навколо осі ми спати (або завзято хотіти спати). Понад те, якби людина заснув, внутрішні годинник забезпечують спонтанне пробудження у певному фазі цикадного циклу, яка від фази засыпания.

АВТОМАТИЧНА УСТАНОВКА ВНУТРІШНЬОГО БУДИЛЬНИКА.

На початку січня 1969 року 23-річний Жак Шабер зважився провести півроку «поза часом», за умов, гранично ізольованих від усіх мислимих сигналів часу: в печері за нормальної температури 6ос і 100% вологості, на глибині 65 метрів, у районі Ніцци і Канн, Півдні Франції. Поглянувши на растр його сну складається враження аритмії: за відсутності 24-годинного періодичного стимулу видима регулярність сна-бодрствования порушується. Без зовнішніх годин, котрі задають час лягає, і вставати, тривалість сну й неспання начебто змінюється випадково. Чи так це насправді або в нас просто немає ключа для розшифровки можливої закономерности?

Виходитимемо речей, що в людини є цикадные годинник. Яке не був їх невідомий період, годинник продовжують тікати, невпинно відраховуючи час, як і раніше, що й власник подвергаемый охолодження чи перегріву, переходить з темряви до світла, від порушення до зневірі, отримує хороші чи похмурі звістки, коли йому заманеться. Якщо ці циркадианные годин у певною мірою визначають його мимовільного пробудження, то тривалість сну повинна закономірно залежати від тієї точки внутрішнього циклу (фази), де він уснул.

режде всього, потрібно приписати значення фази кожному години, коли сон починався чи закінчувався протягом усіх 127 діб «ізоляції від часу». На жаль, сама фаза — величена ненаблюдаемая, крім те, що її непрямим показником вважатимуться температуру тіла. Але одне властивість цих внутрішніх «головних годин» додатково відомо: вони роблять подив точно.

Якщо ми правильно виведемо періодичність годин, можна передбачити час засипання та палестинці час пробудження. Ця передбачуваність виявляє ритмічну організацію, приховану в візерунку несинхронезированных циклів сна-бодрствования.

Можна було б очікувати залежність тривалості засипання, якщо б ми, наприклад, найчастіше прокидалися у певному фазі циркадианного циклу, або, заснувши пізніше звичайного, прокидалися відповідно пізніше і, навпаки, заснувши раніше — прокидалися раніше. Насправді, проте, жодна з цих залежностей годі було з наведених даних експерименту. Загальноприйнята уявлення у тому, що восстановительная функція сну пропорційна його, не підтверджується результатами дослідження сну, по вкрай мері настільки тривалого, яку ми маємо звичку насолоджуватися по ночам.

Перші, ще цілком ясні відомостей про цієї закономірності сну зібрані для дослідження відпочинку залізничних машиністів: виявилося, що тривалість дремоты і ефектні спроби заснути завжди залежить від часу діб. Через кілька років Чарльз Сайслер і Елліот Вайцман стали аналізувати «печерні» записи Шабера, просто припускаючи існування внутрішніх годин, і спробували вгадати період шляхом відомості до мінімуму варіацій тривалості сну у кожному фазі. Отриманий в такий спосіб «магічний» період був у області від 24 до 25 годині і збігся з періодом ритму температури тела.

Час засипання і перебуває у певній залежності і нагадує перископ підводного човна. Невідомо коли іон вперше видасться над водою? Якщо поява майже вертикально або якщо хвилі дуже положисті, прорив на поверхню може, станеться будь-якій точці хвилі. Але якщо траєкторія спливання має великий нахил або якщо хвилі досить круті, то прорив будь-коли відбудеться висхідному схилі волны.

Але якщо хвилі будуть крутіше — настільки, що вода буде здійматися швидше, ніж подлодка — то цьому випадку висхідна частина хвилі виявляється зовсім не доступною до появи з-під неї. На сто пробних всплытиях всі випадки протыкания поверхні води зберуться в купки, розділений цілком порожніми інтервалами, де хвиля піднімалася крутіше, ніж шлях подлодки.

Повна довга хвилі, від однієї піка до іншого, відповідає тривалості одного циклу циркаднианных годин. Хвиля відповідає якомусь ритму у людському мозку (ніхто доки знає, якому саме), що, подібно температурі тіла, і десятку інших фізіологічних показників, плавно піднімається і опускається в такт з циркадианным циклом. Це «щось» задає той поріг, переступаючи з якого, сплячий (у разі спливаюча подлодка) прокидається. Різні ділянки хвилі відповідають зміни рівня порога пробудження у різних фазах циркадианного циклу. Ця модель показує існування «заборонених» фаз — фаз, у яких перископ не зможе зробити прорыв.

Сотня підводних човнів, що спливають одна одною, показуватимуться лежить на поверхні над вигляді безупинної послідовності, а компактними групами, повторюваними з періодом хвилі, як хвилі, відкривають і закривають ворота, — зрозуміло, коли ці хвилі досить круті проти траєкторією спливання підводного човна. Слабкі ритмічні впливу, тобто понад положисті хвилі, лише модулюють послідовні прориви перископів, не збираючи в дискретні купи. Є така критична крутість хвиль, понад частина циклу стає суворо забороненою, начебто тимчасово закриваються непроникні ворота.

Такому принципу, певне підпорядковується час спонтанного пробудження в чоловіків і жінок. На протяг добового циклу нашого свідомість переживає припливи і відпливи. Пробудження від сну, певне настає, коли у мозку, поступово змінюється протягом сну, сягає порогового рівня, який у часи чергу, як і всі всередині нас, коливається з циркадианным періодом. Якщо це щось починає плавно змінюється у певної фазі (в останній момент засипання), вона сягає порога на більш пізньої, заздалегідь передбачуваною фазі, — і це прокинетеся. Тривалість вашого сну може змінюється у досить широкого межах залежно від часу засипання. Вона становить середньому 8 годин лише оскільки люди зазвичай лягають спати приблизно одному й тому ж певної фазі свого циркадианного циклу. Якщо ваша циркадианный ритм має велику амплітуду, ваш сон може бути коротким (лише чотири години) чи довгим (цілих 18 годин), дивлячись у тій, як і частини ви стартуете. можна переключиться від короткого на довгий сон, відтермінувавши момент засипання настільки, щоб спізнитися до минуемому ритму зміни порога пробудження. Отже, всередині циркадианного циклу є відрізок завширшки кілька годин, у якому ви напевно не прокинетеся власними силами. Якщо з якоїсь причини ваш організм залежною так від фази (ритм порога пробудження ви більш положистий), то тривалість сну може визначаться й не так часом діб, скільки іншими причинами — скажімо, втомою. І тут принаймні запізнювання.

засипання тривалість сну кілька скорочується, а далі, при ще більшому запізніле розуміння, потроху зростати: ніяких розривів плавній кривій, ніяких заборонених для пробудження зон. Такий стан можливим внаслідок тривалого перебування у умовах полярного дня (у ескімосів, які живуть влітку під музей просто неба, ритми сильно згладжуються) чи ж після трансмеридианного перельоту (який тимчасово збиває і послаблює циркадианные колебания).

Час закінчення сну й початку неспання — це лише півсправи. Ось як щодо часу закінчення неспання і міст початку сну? Можливо, циркадианные закономірності причетні і до цієї, другому боці питання, але трохи інакше: сні та палестинці час неспання істотно різняться. У циркадианном циклі існує одна широка зона, де спонтанне пробудження практично заборонено, лише вузький діапазон — насправді два діапазону, стосовних друг від друга приблизно 12 годин, — де засипання хоча й заборонено по-справжньому, але порівняно рідко. До того ж графік, зв’язуючий фазу пробудження з тривалістю наступного неспання, виглядає як сніжна заметіль. Розкид точок величезний, але становище ще гірше: через хмару точок неможливо провести якусь певну криву, оскільки у забороненою для пробудження зоні їх украй мало, або навіть зовсім нет.

Виявлено лише зворотна залежність: тривалість неспання, попереднього даному засипанню, подовжується приблизно за годину кожному за години відстрочки початку сну. Після деякої певної фази засипання тривалість попереднього неспання робить різкі стрибок, бо за цьому фаза попереднього пробудження уникає забороненої зону. Отже, виявлено зворотна залежність, але з на подальше пробудження. Однак цьому крапки розкидані удвічі ширший, ніж для передбачуваною фази розглянутим раніше закономірності наступного пробудження. Сон має тенденцію починатися поблизу мінімуму температури тіла, — але ця одна слабка статична закономірність пов’язує його з циркадианным циклом. Мабуть, в людини вольовий контроль більшою мірою поширюється на закінчення неспання, ніж закінчення сну, тому час засипання залежить від багатьох чинників, Не тільки від циркадианнных часов.

Все наше повсякденне життя суворо входить у 24-часовые рамки, зокрема і інтенсивність фізіологічних функцій, коливається у відповідність із найпомітнішим циклом чергування сна-бодрствования. Це має цілком очевидні практичні слідства, але їхнього запровадження у клініку десятиліття. Приклад, що лежить лежить на поверхні: щоденне підвищення й відповідне зниження порога чутливості наших зубів. Розташування їх коливання у часі такий, що на прийом до дантиста краще після обіду, а разі, коли ви, скажімо, хіба що прилетіли з Японії Чикаго, в денні годинник краще взагалі відмовитися від послуг. Ефективність знеболювання максимальна теж пополудні: доза наркозу, необхідна вранці, днем може бути надлишкової. Алергічні реакції виникають швидше, і виявляються важче на початку ночі, аніж опівдні. Печінка утримує низький рівень алкоголю на крові ввечері набагато краще, ніж утром.

Поставимо діагноз значно простіше, якщо розглядати клінічну норму з урахуванням її ритмічності. Скажімо, нормальна температура тіла вночі нижче 36,6 ос, тому «нормальне» показання термометра в 3 години ночі - симптом лихоманки. Аддисова хвороба (бронзова хвороба) і хвороба Иценко — Кушинга обумовлена порушенням функції надниркових залоз (відповідно недостатності і надмірністю), для їх діагностики потрібно вимірювати рівень гормону кортизола (гидрокортизола) у крові. Нині вже загальновизнано, що проба на кортизол не враховуючи часу паркана крові обессмыслена.

Часом не тільки діагноз, а й терапевтичні заходи може бути ефективнішими, якщо їх будувати з урахуванням циркадианного циклу. Оскільки чимало типи делящихся клітин воліють.

певний час діб для реплікації ДНК, циркадианные варіації особливо яскраво виявляється у токсичності різних лікарських засобів і ефекти опромінення, застосовуваного із єдиною метою вразити діляться пухлинні клітини. Немає нічого в тому, що доза, коли він 80% популяції піддослідних організмів виживе за одну і також доби, до іншого виявиться смертельним тим ж 80% осыбей. Ця похмура статистика, проте, дуже перспективна, якщо поставлено завдання вибірково вбити пухлинні клітини, не зашкодити здорові. Эрхад Хаус із колегами домігся значного підйому відсотка вживання серед мишей, рак, не збільшуючи дози ліки, але сконцентрував їх у той час діб, коли пухлинні клітини може бути чутливіші, ніж нормальные.

Лікарі й американські ветеринари, які застосовують гормональну терапію, давно знають, наскільки важливе правильно вибрати час запровадження препарату. Наприклад, при недостатньою функції надниркових залоз хворим зазвичай роблять ін'єкцію кортизону вранці, як у нормі активність кори надниркових залоз максимальна. Якщо щодня требуема лише однократна доза препарату, ранкові ін'єкції годиться й у собак, але для кішок, які мають циркадианные ритми організовані інакше, кортизон слід вводити вечорами. Запровадження кортизону в інший час діб придушуватиме діяльність й так ослаблених надниркових залоз, і пацієнт, зрештою, стане жертвою хронічного недуги — Аддисоновой болезни.

Ритмічні закономірності пов’язують секрецію гормонів мозку, порушення сну й серйозніші психічні захворювання, включаючи клінічну депресію. Томас Віяло, Фредерік Гудвін і Норман Розенталь з Національного інституту з здоров’я в Бетесде і Даніел Крипке з Госпіталю управління ветеринарів в Сан-Дієго припустили, що це колись невиліковні хвороби часто є вторинним наслідком розлади циркадианных ритмів. Вже показано, деякі види депресії піддаються лікуванню сонячним світлом або його штучним замінником, поддаваемым у потрібний час суток.

Вважається, що дія світла опосередковано його впливом на секрецію мелатоніну — гормону, який виділяється в головному мозку тісно що з циркадианными ритмами. Для нормального щоденного контролю секреції мелатоніну потрібен світло, більш яскравий, чому він, який звичайно буває приміщеннях. Однак сучасна людина рідко належним чином «засвічує» себе, причому час перебування на світу в різних людей дуже різниться. Залишається тільки здогадуватися, наскільки може бути поширені розлади циркадианных ритмов.

ПІДСТРОЮВАННЯ БІОЛОГІЧНИХ ЧАСОВ.

Годинник занадто хороші, коли ви не маєте можливість їх підлаштовувати. Некорректируемые біологічний годинник були б зовсім безкорисними, якби їх період ні з точністю дорівнює періоду обертання Землі. І все-таки, навіть якщо б годинник були стійкі до температурним підскікам у разі лихоманки, холодної чи спекотною погоди, не реагували на гормональні й емоційні розлади, певна різниця між внутрішнім і зовнішніх періодом було би исбежно. Вочевидь, для підтримку синхронності недостатньо просто близькості періодів. Треба лише ритмічний сигналів, механізм щоденного злагоди і підстроювання. Основа доцільності будь-яких біологічного годинника в такій підстроюванню фази, у спроможності за сигналом перестрибувати з однієї тимчасової зони до іншої і в такий спосіб зберігати правильну фазу, не переміщуючись у просторі, попри неминуче не збіг періодів.

Цей процес відбувається називається захоплюванням ритму. Один ритм то, можливо захоплений іншим ритмом з іншим періодом із засобів регулярного повторюваного сигналу. Для циркадианных ритмів звичайним, природним сигналом є світло. Під впливом світла внутрішні годинник трохи відстають чи, навпаки, йдуть вперед. Є й інші властивості настройки біологічного годинника, але які більшість живих істот пристосувалися до того що події, яке надійніше всього повторюється щодня, — до чергуванню світла, і темряви — і виробили найбільшу чутливість своїх циркадианных годин саме до цього фактору.

Загальною закономірністю розвитку, — провідна роль світла як сигналу часу — оскаржувалася лише у ставлення людини, частково оскільки люди, як і інших організмів, іноді у відсутність регулярного циклу висвітлення використовують для орієнтації інші органи відчуттів. Але головне причина, яка змусила засумнівається у ролі світла в людини, зводилася до того, що «денний світло», який використовували у перших лабораторних експериментах з вивчення ізоляції від часу, опинився настільки ефективним для захватывания циркадианных ритмів людини порівняно з світлом той самий інтенсивності для ритмів інших тварин. Чи випливає з цього укласти, що годинник людини унікально байдужі до дії світла? Аж ніяк, радше, це свідчить, що кімнатний світло занадто слабкий для біологічного годинника людини, щоб прирівнювати його до дневному.

Є всякі підстави припускати, провідні циркадианнае годинник в людини перебувають у мозку прямо зв’язані з очима эпифизом (шишкоподібної залозою). Альфред Леві з колегами із Національного інституту з здоров’я в Бетесде встановили, що світло придушує секрецію мелатоніну в епіфізі в людини, як і в інших ссавців, але для городян потрібно навдивовижу багато світла, більше, ніж буває приміщенні: для епіфізу в людини кімнатний (електричний) світло — однаково, що ніч. Але навіть розсіяне світло на вулиці відразу придушує секрецію мелтонина. Цей гормон мозку причетний безпосередньо до сну і до циркадианным годинах. Наприклад, у гризунів щодня ін'єкції мелатоніну можуть захопити і синхронізувати годинник. Якщо з’ясується, що в людини мелатонин опосередковує зрушення фази циркадианных годин, то дані Льюи представлятимуть інтерес для антропологів, фахівців із дизайну, тим, хто працює у різні зміни і робить трансмеридианные перельоти. Поки ліки для зсуву фази буде створено і отримає схвалення мінздоров'я, для мандрівників приємним засобом то, можливо перебування на сонці. Зрозуміло, сонячне світло щонайменше важливий й тих, хто куди їздить, але потребує щоденної синхронізації своїх внутрішніх ритмів. Невдача такий синхронізації можуть призвести до сонливості вдень і безсонні вночі - досить поширеним розладом сну. У цьому можуть становити інтерес дані Даніеля Крипке з співавторами, які досліджували кількість, і розподіл у часі світла, падаючого на середнього нормальних людей протягом середнього дня. Виявилося, що й Півдні сонячної Каліфорнії кількість світла настільки небагато і распределенною настільки нерегулярно, що залишається тільки дивуватися, як сучасній людині вдається (і чи?) підтримувати свої циркадианные ритми підтримувати у належній порядке.

Спонтанні циркадианные ритми виявлено майже в кожного виду живих істот. Можливо, виняток становлять лише мешканці морських глибин і підземних печер, і навіть прокаріоти (бактерії і сине-зеленные водорості, клітини яких немає мають ядра і мітохондрій). Циркадианные коливання зазвичай простежуються в більш високоорганізованих одноклітинних організмів і в ізольованих тканинах багатоклітинних організмів. Проте, і в хребетних, і в безхребетних тварин частина нервової системи зазвичай ж виконує функцію циркадианного ритмоводителя для організму. Мішель Менакер з працівниками показав, що в окремих птахів (в всіх) цю функцію виконує епіфіз, ритмічно який виділяє у мозку гормон мелатонин. Діяльність епіфізу регулюється світлом, який проникає крізь темну частина черепа. У горобця навіть вдається зрушити фазу циркадианного ритму, пересадивши йому епіфіз птахи, що живе у іншій тимчасової зоне.

У гризунів епіфіз виділяє мелатонин теж ритмічно, але під медичним наглядом скупчення нейросекреторных клітин — супрахиазменных ядер, розташованих зліва і правих в гіпоталамусі, над перекрестием зорового нерва. Ці парні годинник отримують інформацію про світі і темряві від очей. Щоденні порції мелатоніну своєю чергою синхронізують циркадианные коливання. У мавп таку роль грають супрахиазменные ядра. Люди — пацієнти з травмами у цій галузі гіпоталамуса — страждають розладам ритму, що дозволяє предпологатьсходную роль.

супрахиазменных ядер і в людини. Фазу ритмів цих ядер можна зрушити світлом через зір, електричним подразником, ін'єкцією у головний мозок аналога нейромедиаторов, викликають нормальні розряди нейронів, і навіть мелатонином. Покрайне мері у гризунів видалення епіфізу дозволяє дозволяє супрахиазменным ядрам швидше пристосовуватися до нових тимчасовим зонам. Можливо, панацеєю від десинхронозу, викликаний трансмеридианным перельотом, виявиться який-небудь препарат, пригнічує функцію епіфізу у період, коли ми пристосовуємося чужому розпорядком дня.

Секреція эпифизом мелатоніну стимулюється психомиметиками — такими препаратами, як ЛСД, мескалин і кокаїн, — і придушується препаратами, використовуваними на лікування психозів. Нещодавно з’ясувалося, що бензодиазепин, широко застосовуваний антидепресант, підбудовує фазу циркадианных годин у гризунів, можливо, діючи на нейромедіатори в супрахиазменных ядрах гіпоталамуса. Це свідчить про деяку зв’язок між психічні розлади і розладами циркадианных ритмів, особливо між депресією та порушенням сна.

Цікаво, що для придушення секреції мелатоніну требуема вулицю значно більше світла, чиїм ссавцям. Цікаво, поділяють чи домашні собаки відносини із своїми господарями ту дивакувату не чутливість до світла? Можливо, це наслідок кімнатного висвітлення нічний час протягом життя тисячі поколінь? Якщо б циркадианные ритми людини реагували на тьмяний висвітлення (що, до речі, практикується в лабораторних гризунів), вони мають було б бути, у постійному розладі, і, окрім інших проблем, постійно відчували б додатковий стрес. Індивідууми, менш чутливі до світла, могли страждати від прийняття цього, їх репродуктивна система меншою мірою було б схильна до стресу, став бути, вони мали великий успіх при розмноження. Що, якщо і його домашніх тварин відчували тиск природного відборів на нечутливість тьмяному світу? І якщо краще так, то значно більша чутливість могла зберегтися і в людей, які живуть донині у кам’яному віці столітті: у тасадеев з філіппінських островів Минаданно, у маорі і в жителів Вогняної Землі, предки котрих значно менша піддавалися дії нічного висвітлення — гипотического порушника циркадианных ритмів. Буде ця вроджена, генетично що успадковується чутливість безповоротно втрачено до кінця нашого века?

Якщо синхронність циркадианных ритмів справді підтримується шляхом щоденної експозиції при денному висвітлення, то цікаво, як це досягається? І що дозволить дослідження цього процесу задля розуміння природи внутрішніх годин?

Модно поставити нескладний досвід з фоточувствительным організмом, циркадианный ритм якого залишається чітким і стійким, якщо немає жодних сигналів часу. Зручний біологічний об'єкт при цьому — комар. Як і більшість інших тварин, комарі мають вираженим циркадианным ритмом активности-покоя, сохраняющемся навіть у замкнутому приміщення при постійної темряві і незмінною температурі - у разі його період становить близько 23 годин. За цих умов активність комара реєструється ні звуком його. Спеціальні прилади дозволяють підраховувати кожний годину число хвилинних інтервалів, коли чується занудний писк. У камеру зі комарами цей писк поступово наростає і для світанком сягає крещендо, переходячи у тонкий протяжний виття, потім вщухає - і знову посилюється перед заходом (чи, точніше, коли комарі відчувають наближення ранкових чи вечірніх сутінків). У незайманих самок кровососущего комара Cuiex pipiens quinquefasciatus, якими займалися Ерік Петерсон, чіткіше виражений вечірній пік літньої активності, і він обраний за нуль фази в циркадианном циклі насекомого.

Що може бути сигналом часу для комара? Щоб не заплутувати експеримент, сигнал слід давати раз на протягом певного періоду часу. Петерсон використовував біле світло, за інтенсивністю сумірний з природним денним. Комарі перебувають у постійної темряві, і лише одне разів на весь експеримент дали світло. У різних камерах цей світловий.

імпульс припадав на різну фазу циркадианного циклу, в кожній камері спостерігали, що ритм активності комарів поновлювався, але з організованою фазою. У цьому досвіді ритм після впливу стимулу кілька днів то, можливо спотвореним навіть пригніченим, але, зрештою, повертається до норме.

Підстроювання фази вважатимуться зрушенням убік випередження або затримку. Досвід дозволяє зробити вибір на користь однієї з цих двох варіантів итерпритации процесу, того що відбувається всередині годин. Можливо, той процес зовсім не від описати в термінах випередження або затримку. Щоб уникнути припущення про ненаблюдаемом, говорити про підстроюванню фази як «про переході від старої фази — фази ритму, яку довелося початок стимулу, — до нової фазі - фазі зрушеного ритму, экстраполированной тому, на момент закінчення стимулу. (І тут, якщо стимул поступово слабшає і сходить нанівець, над його кінець приймають точку, ставиться з початку однією період цикла.).

Оскільки відомо, що циркадианные годинник піддаються захватыванию, можна очікувати, що величена зсуву фази при підстроюванню залежить від старої фази: адже стимул, викликає і той ж ефект у час, може бути корисним сигналом часу. Яка ж залежність нової фази від старої? Якби стимул не викликав ніякого ефекту нова фаза було б дорівнює старої (плюс позитивного стимулу — але він постійна). Тим більше що, даний стимул надавав деяке сигнальне вплив на біологічний годинник, тобто хід годин був уповільнений (чи, можливо, прискорений).

Як відбувається підстроювання фази? Результат підстроювання, не вдаючись у процес, можна описати — на щастя, бо досі хтозна механізм жодних циркадианных годин. Сутність принципу підстроювання у тому, що кожен сигнал часу (наприклад, 14 годин денного світла) по-різному діє хід внутрішніх годин, залежно від цього, коли саме циклі годин цей сигнал почався. У першому наближенні кінцевий результат дії сигнал часу так можна трактувати просто зрушення фази внутрішніх годин: якби ефект ні по подія періоду від початку сигналу, годинник повернулися б до початкової, «старої» фазі, та реальною вони опиняються у інший, «нової фазі». У разі годинник підстроювання нічим немає від невозмущенных (интактных) годин, що ще період у момент закінчення сигналу, вже перебувають у нової фазі. Тому кінцевий результат підстроювання для обурених годин такий, начебто сигнал миттєво зсунув фазу годин із попереднього положення у нове. У характері залежності нової фази від старої таїться багато. Криві такий залежності були неодноразово описані у спеціальної літературі, але під різними назвами. У рефераті використовуватиметься скорочена назва терміна «крива підстроювання фази», чи скорочено, КПФ.

Важко переоцінити важливість отримання КПФ в людини. Знання КПФ мають вирішальні значення і розробити заходів профілактики десинхронозу, виникає через «перепаду часу» — після трансмеридианных перельотів, при змінній роботі, і навіть, можливо, при періодичної серйозної депресії, безсонні і слабкості вдень. Регулярне перебування на денному світу у суворо певний час діб може часом стати щадить заміною кофеїну, снодійних пігулок і антипрессантов. Нині проводяться широко масштабні експерименти зі зміни КПФ людини. Вони мають відкрити можливості підвищення ефективності захватывания циркадианных ритмів людини щоденним циклом света-темноты.

Якщо сигнал часу (денний світло) повторюється регулярно, щоразу, підлаштовуючи годин у відповідність до КПФ, і до того ж сама КПФ постійно залишається незмінною, то наслідки (результуючу фазу) можна передбачити з математичної точністю. Результати захватывания добре зрозумілі й цілком узгоджуються з цими експериментів. Регулярне періодичне повторення впливу у тому ж стимулом можуть призвести до цього вічного хаотичного блуканню фази; або до стабільному захватыванию, коду щоразу до початку.

19 впливу годинник майже остаточно дійшли один, і тугіше фазу: або до ситуації, коли до початку сигналу годинник приходять то одну то іншу фазу — через раз: або те ж саме, але з повторенням кожні 4 чи 5 періодів тощо. буд. Усе залежатиме від співвідношення власного періоду годині і періоду стимуляції, і навіть, зрозуміло, від сили та характеру стимулу і зажадав від устрою годин. Для таких годин, що відразу після впливу стимулу повертаються до свого циклу (лише зі зсувом фази), аби передбачити результат, досить знати КПФ.

Яким формам може приймати КПФ? Почати з буквальною моделі годин, до годинниковий стрілці механічних годин підвішений вантаж, що тягне стрілку вниз, а й за ній змінює швидкість й усе механізм годин. Уявіть собі, що циферблат годин вміщує 24часа, а чи не на 12, звісно ж. Тоді, у 0 та дванадцяти годин вантаж нічого очікувати проводити швидкість руху стрілки, але у 6 годин може його прискорити, а 18 — навпаки, уповільнити. Якщо зняти вантаж, години приділятимуться показувати той час, що із вантажем. Що саме показуватимуть годинник? Це ваги вантажу і зажадав від того, як довго він висіти у якому години його підвісять? Тобто короткочасне додаток вантажу на 6 годин викликає деяке випередження фази, а 18 годин — невелику задержку.

Циркадианные годинник нагадують механічні у трьох відносинах: їх період після обурення швидко повертається норму, відповідним чином підібраний стимул змусить їх відхилитися від діагональної лінії «нова фаза «, й розмір цього відхилення плавно залежить від часу воздействия.

Проте циркадианные годинник фундаментально від моделі: їх КПФ який завжди є простим вигином діагоналі. Це властивість циркадианных годин було відкрито нещодавно, і потім із нього випливають дивовижні слідства. Їх КПФ легше у вигляді «» бублика «» чи тора.

Які криві можуть розміститися на торі? Якщо КПФ кожному за значення старої фази дає єдине значення нової, то крива мусить бути замкнута в кільце: за оборот старої фази нова фаза, безупинно змінюючись щодо одного напрямі, повернеться до свого вихідному значенням, замкнувши власний цикл. Якщо нова фаза = стара фаза, то КПФ пройде за діагоналі нашої координатної сітки, починаючи з місця перетину двох координатних осей, перетне екватор, у своїй, роблячи один виток і проходячи через центральне отвір, і назад повернеться до точки, замикаючи кільце. Такий тип підстроювання уражає будь-яких біологічного годинника за дуже слабкому стимуле.

Тепер на ситуацію, коли фази надають трохи більше вплив трохи більше сильний стимул — КПФ зміниться не набагато. Що стосується моделі годин, навіть якщо ефект від участі стимулу чималий, КПФ залишається якісно тієї ж: як і вона замкнута в кільце, одного разу що відбувається через отвір тору. Це — єдиний тип кривою, властивий будь-яким годинах, які називаються простими, що потенційно можуть лише прискорювати і уповільнювати свій хід, причому тільки у залежність від зовнішніх умов (сили впливу) і власної миттєвою (поточної) фази. Такий тип підстроювання годин називається підстроюванням типу чи нечетной подстройкой.

У придельном разі цієї нової типу підстроювання фази досить сильний стимул незалежного від часу впливу повертає систему щоразу за одну і також стан: нова фаза постійна та залежною від старої. Такий тип підстроювання, представлений КПФ, що зовсім робить витків у коло тору, називається підстроюванням типу 0, чи четной підстроюванням, оскільки кільце КПФ утворює нуль (парне число) витків. Іноді її називають сильної підстроюванням, оскільки вона із необхідністю передбачає випередження і (чи) затримки фази, перевищували за величиною половину циклу. Непарна підстроювання, як ми знаємо, представлена КПФ, яка навивается на тор +1 раз. Іноді її ще називають слабкої підстроюванням, вона виходить за дуже малих зрушеннях фази і буває при вкрай слабких впливах. Проте важливе саме число витків, а чи не величина усунення фази. Остання буває обманчивой.

Питання про топології КПФ вперше були поставлені (і вирішені) менш 20 років як розв’язано. Як часто буває науці, поява теорії дозволило визнати, нарешті, явище, яке які вже.

було описане, але якось не все вкладалося у наукових, поки йому були побудовано концептуальні рамки. Як і більшість інші нові поняття на науці, парна підстроювання фази не сприймалася протягом десятиліття, попри опублікування експериментальних данных.

Перші інформацію про четной підстроюванню фази отримано на одноклітинної свободноплавающей водорості - жгутиконосце Gonyaulax. Вона бурого кольору від хлорофілу і супутніх пігментів, які дуже ефективно використав протягом дня сонячне світло. Вночі Gonyaulax зайнята зовсім іншою справою: розмножується шляхом розподілу клітини навпіл. Ночами вона світиться тьмяним ледве помітним блакитним світлом — до того часу, поки клітини не піддадуться механічному порушення. Якщо пропливаюча повз рибка зачепить клітини, вони тут-таки яскраво спалахнуть, і побачимо тягнеться по рибу мерехтливий шлейф біолюмінесценції. У лабораторних умовах, без будь-яких риб, фотоумножувач показує, що різні клітини однаково спонтанно світяться, причому особливо яскраво, — коли з їх внутрішнім годинах ніч (при ізоляції від зазвичайного циклу света-темноты пік світіння спостерігається кожні 23 години).

Під час експерименту велика кількість однакових пробірок з водоростями були у умовах ізоляції від часу. На кожну пробірку діяли імпульсом яскравого світла — у різний час, що за різних старих фазах циркадианного циклу клітин. Для різних пробірок, (принаймні зростання старої фази) імпульс приходить через дедалі більше час після максимуму світіння. Підстроювання годин під час світлового імпульсу відбувається у кожної пробірці залежно від величини старої фази. Наступні максимуми світіння наступають за випередженням чи запізненням. При старої фазі близько 6 годин реакція клітини різко змінює знак: від значної затримки фази до ще більшого випередженню. Так проявляється критичного моменту у механізмі циркадианной ритмичности.

Або, можливо, це лише видимість критичного моменту. У насправді, даних про затримках і опережениях фази було б назвати однією з варіантів пояснення даних. Розглянемо інший варіант. Пики світіння можна з'єднати і безперервного лінією, изгибающейся вздовж діагоналі, паралельної смузі світлових імпульсів, і той кривою, лежачої на 23 години нижче, і нижча тощо — немає ніякої розриву. Безперервні криві вигинаються вздовж горизонталі, а чи не діагоналі, і повторюються одна під з інтервалом 23 години. Нова фаза в останній момент закінчення стимулу (чи через 23, 46, чи 69 годин після цього) є час, минуле з попереднього піка світіння. І тут немає розриву. З тим-таки парадоксом ми зіштовхувалися після перетину лінії зміни дат.

Річ у тім, що жодного з цих двох графіків не доводить ні разрывность, ні безперервність: насправді ми маємо лише жменькою емпіричних точок, і кожна крива, проведена них, не більш як лінія інтерпретації спостерігача. Вибір безупинної чи розривної кривою — як кому подобається.

Проте, з роками накопичувалося дедалі більше даних, зібраних у різних лабораторіях різними організмах, але за однаковою схемою експерименту. Усі важче стало малювати правдоподібну розривну криву. Безперервність кривою тепер викликає сумніви. Проте, слідуючи прокрустовой логіці, безперервну криву зазвичай розрізають на два шматка і вставляють з-поміж них 24-годинний стрибок, він жодної експериментальної точки. Таким шляхом дані експериментів зазвичай підганяються під вдаваний непарний тип підстроювання фази пій збереженні видимості опережений і затримок фази, розділених точкою розриву. Після такого штучної процедури можна дозволити собі розмірковувати про генетичному, біохімічному і еволюційному значенні такого різкого стрибка фази. Але це розумовий вправу досі залишалося безплідним. До того вважають простим збігом та обставина, що стрибок фази точно дорівнює періоду ритму, як і того, що випереджальна гілка кривою, вгорі біля розриву, має у точності хоча б нахил, як і спізнюється гілка, внизу біля разрыва.

Якщо це стрибок фази, він жодної експериментальної точки, виявляється артефактом, його альтернатива — безперервна крива — призводить до ще більше дивному слідству.

СИНГУЛЯРНІСТЬ БІОЛОГІЧНИХ ЧАСОВ.

Для плавної підстроювання фази характерна КПФ, однозначна про будь-яких значеннях старої фази: лежить на поверхні тору ця крива має вид замкнутого кільця. В окремих організмів вона робить петлю, проходячи через отвір тору одного разу (непарний підстроювання), в інших взагалі робить витків (парна підстроювання). Чи може це можуть бути основою класифікації механізмів годин чи механізмів дії стимулів?

Але, з іншого боку, кожен організм повинен підлаштовувати фазу по нечетному типу, по вкрай мері за дуже слабких, дуже коротко тимчасових стимулах. І тут нова фаза = стара фаза (діагональна КПФ — прототип будь-який нечетной підстроювання). Навряд чи слід доводити, що це вихід із уявної експерименту чудово підтверджує насправді нічого для будь-якого організму. Чи зворотне твердження: чи можна організувати з від початку непарною типом реакції змусити підлаштовуватися по четному типу, посиливши стимул? Збільшивши термін дії світла на комара з 7,5 хвилини до 2 годин, ми матимемо криву, яка змінює свою топологію з нечетной на четную. Шестикратне зусилля стимулу викликає разючу зміну, проте ефект можна одержати й меншим зміною, переходячи від самої тривалого стимулу, який усе-таки ще викликає непарну підстроювання, до найближчого, більш тривалого — щонайкоротшого, здатному викликати четную реакцию.

Так одним ударом ми спростували гіпотезу у тому, що топологически різні типи підстроювання обумовлені відмінностями у механізмі годин чи характері впливу. Виявилося, що розмаїтість типів підстроювання свідчать щодо різноманітті механізмів, як могла видатися, але, навпаки, доводить універсальність, стереотипність поведінки! Але тоді маємо нова загадка. Якщо підлаштовувати будь-які циркадианные годинник, починаючи з кожного старої фази, то залежність нової фази від величены стимулу буде плавної. Однак неможливість плавно вийти з непарного до четному типу підстроювання, від закрученого кільця до незакрученному. Як можна зігнути, деформувати кільце, навивающееся на тор і проникаюче крізь його отвір, щоб цю обручку вляглося з одного боку тору? Без ножиць ніяк цього зробити. І це у природі. Наприклад що стосується комаром, якщо величена стимулу перевищує якийсь критичний поріг, то КПФ різко змінює форму: колись вона просто проходить крізь ці значення нової фази, тепер уникає низку значень. Отже, існує певна «уразлива» стара фаза, у якій під час переходу стимулів критичного порога нова фаза робить стрибок.

Під стрибком мається на увазі різке, стрибкоподібне зміна, розрив. Насправді перебільшення: крім подій у молекулярної фізики й квантової механіці, всяке зміна відбувається безупинно, навіть якщо його безупинність проявляється у дуже стиснутому масштабі часу. Справжній розрив — кінцевий результат нескінченно малого зміни — як рідкісний, а й принципово непомічений: ніколи не можна з упевненістю стверджувати, що причиною, справді, була за будь-який на перед заданої кінцевої величены. Водночас у ставлення підстроювання фази висновок однозначний: нова фаза має змінюватися на кінцеву величину при нескінченно малому зміни старої - це справжній розрив. Звідки така впевненість? Просто річ у тому, що саме непотрібні точні виміру: це топологічна проблема. Кільце, навитое на тор, треба переробити те щоб воно лежало з одного боку тору. Цього не можна робити безупинно. При критичне величині стимулу кільце доведеться якомусь місці розрізати, розігнути, вийняти з отвори тору і знову возз'єднати. Чиста топологія без допомоги експерименту неспроможна передбачити, що можна очікувати поблизу такий точки сингулярності (особливої точки), — вони можуть лише вказати напрямок пошуку: там має станеться щось особливе, виняткове з погляду фізіології, щось більше, ніж просто.

підстроювання старого ритму. У експериментах двадцяти літньої давності цього унікальне «щось» бо й натяку. Лише тепер старанно спланувавши експерименти, у яких чітко реєструються усунення фази, плавно залежать від зовнішніх умов, доводять існування чогось незвичного, ніколи раніше не баченого. Дивна річ: топологія дає рада, як знайти точку сингулярності шляхом лабораторного досвіду. Ця «схема пастки сингулярності» дозволила здійснити перші експерименти з виявлення сингулярності біологічних часов.

Сьогодні які більшість математичних моделей біологічного годинника залишаються неперевіреними чи непроверяемыми. На щастя, у багатьох питань без на них можна спокійно обійтися: основні біологічні властивості живих годин неважко отримати шляхом логічних міркувань про підстроюванню фази. Понад те, ці міркування можна підкріпити простими й наочним фаз як кольорових діаграм. Такі діаграми дозволяють побачити безпосередньо, побачити разючі слідства, які з відкриття підстроювання парного типу, не вдаючись до головоломним топологічним доказательствам.

Почати з найпростішого — з крайніх, ідеалізованих випадків нечетной і четной підстроювання. Нехай при нечетной нова фаза дорівнює старої, а при нечетной нова фаза залишається незмінною незалежно від старої. Для зручності приймемо саме цю фазу за нульову. Тоді за нульової старої фазі будь-який стимул — і досить сильний, і пренебрежимо слабкий — залишить нову фазу теж нульової. Припустимо, що вона залишається нульової і всіх проміжних величинах стимулу.

Що сказати стимули певної проміжної величены, діючі за інших значеннях старої фази? Очевидно, розумно припускати, що малі зміни величены стимулу і час його впливу приведуть до такої ж малим змін нової фази. Без цього безперервності нічого сказати не можна: оскільки стимул неможливо повторити з абсолютної точністю, жоден отриманого результату щось дає для предсказанья результату нового эксперимента.

При постійності впливу будь-якого стимулу і величены старої фази у певній точці, за певного поєднання величены стимулу і значення старої фази, виходить невизначеність, хоча сусідні точки навколо представляють усі розмаїті квіти веселки. Ця дивна точка — точка сингулярности.

Цю точку можна порівняти про те як тимчасові зони зливаються в географічний плюс — точку, що лежить поза часом, а изохроны припливів на карті Світового океану зливаються в амфидромные точки. Підстроювання біологічного годинника означає переміщення їх у іншу тимчасову зону. Тут, як у з изохронами припливів, складається замкнутий шлях, вздовж якого кожна тимчасова зона (фаза) трапляється тільки якось, у суворій послідовності. Отже, всередині цього контуру неодмінно має існувати точка у зоне.

У топології є теорема про цю непереборної, неминучою невизначеності фази, так звана теорема про нестягиваемости. У ньому розглядається спроба стягти всі крапки різноманіття для її кордонів отже б заводчани прийняли забарвлення найближчих прикордонних точок, у своїй, проте, не порушуючи связности безлічі (не роблячи у ньому розривів і викладаючи окремих точок), коли сусідні кольору плавно перетікають одне в друга. У теоремі доводиться, що це можливо: хоча тільки точка повинна залишатися неопределенной.

Отже, має існувати унікальне поєднання величены стимулу і часу впливу, після якого станеться закономірною підстроювання фази. Що й казати статися? Змінитися вид ритму? Настане аритмія? Повна нерухомість? Відповідь це питання може дати добро тільки эксперимент.

Що ж являють собою дані биоритмологического експерименту? Не самі значення фаз, а часи подій, якими ми маємо обчислити фази. На справі вимірюється стара.

фаза? Це частка циклу, пройшла з його початку (зазвичай за початок циклу приймають якесь бачимо дискретне подія на кшталт моменту пробудження) до впливу стимулу. Тривалість циклу дорівнює власному періоду біологічного ритму, скажімо, 24 годинах або близько того. Щоб виміряти нову фазу, відзначають період із моменту докладання стимулу. Нова фаза — частка періоду, минулий від регістру наступного події від часу, початку через 1 період після стимулу. Практично зазвичай нову фазу вимірюють не через один період після стимулу (коли організм, можливо, ще слабий після обурення, викликаного стимулом), через кількох періодів, коли коливання повернутися норму, «устаканяться». З іншого боку, із міркувань зручності інтерпретації нову фазу прийнято вимірювати через кілька періодів по закінченні, а чи не початку стимулу — втім, це б'є по результатах. Зрозуміло, що з коротко тимчасових стимулів як «вплив впродовж повного виробничого циклу після включення чинника» (навіть якщо протягом більшу частину цього проміжку чинник насправді був включен).

Якщо є вибір годині і набір стимулів, то результат кожного впливу можна окремо вздовж осі старих фаз. І тут графік матиме вид двумерной грати, який повторювався періодично в обох напрямках. По горизонталі період відбиває ритмічність циркадианных годин до впливу стимулів: неважливо, діє чи стимул зараз чи через рівно один цикл, коли годинник знову будуть у тієї ж фазі, — результат може бути однаковим. По вертикалі період відбиває ритмічність циркадианных годин після впливу: після завершення підстроювання годинник продовжують йти як і (крім, можливо, відновного интервала).

Поєднавши експериментальні крапки над решітці, ми матимемо звичайні криві підстроювання фази (КПФ) для стимулу певної величены. Проте за збільшенні стимулу непарний КПФ поступово дедалі більше вигинається, але ще лежить вздовж діагоналі. Після досягнення деякою величини стимулу крива підстроювання стає четной — вже вигинається вздовж горизонталі. Як здійснюється даний переход?

Зображення двумерной грати можна вибудувати до кількох бік обіч вздовж горизонталі, шар за шаром гаразд збільшення стимулу. Нова фаза повторюється за вертикаллю, стара фаза повторюється зліва-направо, а сила чи тривалість стимулу зростає у «глибину». Кожен шар у цій пачці складається з 2*2 осередків, як паркетний підлогу, і цю постать що природно назвати кристалом времени.

У кристалі часу криві підстроювання фази зливаються й утворюють волнообразную поверхню, нагадує спіраль. Отже, виявляється, що поверхню підстроювання фази нагадує серпантин чи гвинтову сходи. Усередині має перебуває щось дивне: або провал, або вісь гвинтовій поверхні, область з безкінечною крутістю. Способу залатати отвір шматком поверхні, просто що має достатню крутизну не існує: вертикальна вісь (справжній розрив) — неминучість. Отже, перехід від нечетной підстроювання до четной здійснюється через гвинтовій спуск. Тут поверхню має стати вертикальної чи зникнути взагалі. У обох випадках її висота тут невизначена. Такий стимул певної величини, прикладений в вразливою фазі, таки створює нашу сингулярність, тобто особливість, розрив. Поблизу цієї точки будь-яке як угодне мале зміна часу й сили впливу викликає як завгодно велике зміна результуючої нової фази. Якщо кристал часу забарвити у кольори веселки і нього згори донизу, він стане як кольорового прямокутника, у якому має бути місце, де всі кольору зливаються в безбарвну сіру точку — точку сингулярности.

КРИСТАЛИ ВРЕМЕНИ.

Припущення у тому, що ссавцям притаманні внутрішні годинник, які щодня синхронизируются добовим циклом, виник із експериментів Мейнарда Джонсона в Гарварді.

незадовго до Другої світової війни, та про ньому скоро забули. Лише 50-і роки Френк Браун з північно-західного університету та Колін Питтендрих з Прінстона відродили концепції годинників та захватывания (синхронізації). Ідея використовувати щоденний стимул для підстроювання фази циркадианных годин народилася дисертації Кеннета Роусона в 1956 року. Ця здатність підлаштовувати фазу за сигналом часу — найважливіша умова корисності будь-яких циркадианных ритмів. Роусон у дослідах використовував ссавців, хоча вони виявилися найкращими об'єктами на дослідження підстроювання фази. Та незабаром біологи освоїли при цьому інші організми, часом екзотичні, але кожен із яких давав досліднику нові возможности.

У експериментах на одноклітинної водорості Conyaulax отримали одне з перших, до цього часу невизнаних, свідчень четной підстроювання. Одночасно чи трохи раніше аналогічні дані отримано на звичайної плодової мушці Drosophila pseudoobscura в лабораторіях в Принстоне.

З початку сучасності плодові мушки стали самим докладно досліджуваним багатоклітинним організмом планети. Нині складено величезний каталог її мутантів — незамінний інструмент до рук дослідника. Такий інструмент цілком необхідний: всякий критичний експеримент потребує ретельний контроль, якого експеримент навряд буде однозначним. До того часу поки биолог-экспериментатор не поставить питання вже напевне, Природа відповідатиме ухильно. Використання генетичних маркерів дозволяє створити надзвичайно однорідну популяцію досліджуваних організмів. Вивчаючи мутантів з різними порушеннями зору, проводячи штучний відбір ліній мух зі зміненою періодом годин чи незвичайної чутливістю до температурі, біологи вже просунулися не треба, що виділили, клонували і картировали гени, контролюючі розвиток циркадианных часов.

Зачаття плодової мушки відбувається звичайним шляхом. Запліднений яйце розвивається, і потім із нього вылупляется крихітна личинка. Потім у життєвому циклі будь-якої мухи настає стадія, коли личинка повинна перетворитися на половозрелую крилату особина. Тимчасово цього перетворення комаха переховується в товстої коричневої капсулі - це заковане в панцир істота називається лялечкою. Усередині оболонки кожної лялечки майже всі личиночные органи розчиняються й утворюють рідку масу, з якої наново будується тіло дорослої особини. Тільки мозок залишається незмінною, у ньому продовжують тікати циркадианные годинник. Нарешті, приходить термін, коли самка повинна вибратися за грати, випробувати свої крильця і знайти собі партнера. Самка роздмухує вся її голова маленький пляшечку і виштовхує «крышку-люк» — вихід із оболонки. За кілька хвилин на свободі. У природничих умовах, соціальній та лабораторії при чергуванні 12 годин світла 12 годин темряви всі ці події - вылупление дорослої особини — відбувається у перші світлі часы.

Момент вылупления задають циркадианные годинник. Лялечка з дня на день дедалі більше дозріває, готуючись до моменту, коли він вийде світ і вступить у конкурентну боротьбу. Ця готовність, наростаюча день у день, залежить також одного чинника — часу діб предпочтительного для вылупления. Мушці немає сенсу з’являтися, коли день вже скінчився чи підставляти своє ніжне вологе тільце спеці дня. Доцільніше всього з’явитися рано вранці. Це можна забезпечити внутрішній ритм — підвищуючи чи знижуючи поріг готовности.

Якщо порога не великі, мушки однаково вылупляться у час циркадианного циклу, але у один час із більшої ймовірністю, ніж у інше. Якщо ж поріг змінюється в межах, тоді як деякі годинник він піднімається швидше, ніж наростає готовність, то ці годинник не з’явиться жодна мушка. Залежно від його віку зреющей лялечки вона приєднується до тому чи тому купки вылупляющихся, але будь-коли почне вылупление в проміжні годинник. Появи мушок розподіляться у часі дискретними пачками — цей розподіл відбиває роботу годин, котрі задають ритм зміни порога.

У ембріонів плодової мушки циркадианные годинник не включаються самі собою автоматично. Якщо з зачаття мушки перебувають у постійному темряві, момент вылупления визначається віком і немає залежить від часу діб. Якщо популяція складається з особин різного віку (не більше днів), то моменти окремих вылуплений утворюють плавне розподіл, що охоплює за кілька днів, без ознак щоденного згущення і розрідження. Але якби етапі раннього розвитку буде подано будь-якої сигнал часу, то кілька днів вылупление відбуватиметься «разом», роздільними піками, що стоять одне від друга на 24 години. Одиночна спалах світла, наприклад, запускає годинник в усіх ембріонів. Їх 24-годинний період — вроджений, генетично запрограмований. Але в мутантів цей період їх може становити, наприклад, 19 часов.

При такі умови змісту стан внутрішніх годин чуйно реагує на найменші варіації температури, на найменшу засвітку. Якщо личинки утримувати при постійному висвітленні, воно зупинить хід годин, навіть якщо вони відпустили. Виявляється, годинник дрозофіли недобачають червоного та жовтого, — але блакитний, такий слабкий, як місячний світло, відразу придушує циркадианные коливання. У лабораторіях при цьому використовують яскраві лампи денного світла. Якщо лялечок, вирощених на світу, перенести в червону чи жовту темряву, Усі годинники разом, одночасно відновлять хід подій і будуть тікати одночасно. Приблизно через 17 годин настане пік масового вылупления, потім ще за 24 тощо, доки дозріють наймолодші лялечки. Але навіть короткочасна спалах світла, прорезающая вічну ніч, здатна зрушити всі наступні піки вылупления — нібито світ викликає підстроювання внутрішніх годин, переводячи їх із якийсь старої фази, яку припала спалах, на певний нову. Цю нову фазу легко оцінити, екстраполюючи наступний ритм виступів тому, на момент початку спалахи света.

У експериментах з дрозофилой підстроювання фази викликають у ранній стадії розвитку в лялечок. Спеціальний апарат, здатний протягом кількох тижнів реєструвати поява мушок, дозволяє спостерігати моменти. Коли циркадианные годинник опиняються у нульової фазі (вылупление), отже, обраховувати фазу у час, оскільки період години становить 24 години. Отже, можна встановити, наскільки, наприклад, зрушила фаза годин під впливом світлового імпульсу, докладеної кілька днів досі вылупления.

При перших пошуках сигуляции біологічного годинника в експериментах, організованих за схемою «пастки сингулярності», було використано більш 500 чашок Петрі - застосовувалося вплив світлом різною тривалості і у різний час. Постійно реєструвалося час выступленья, а, по нього оцінювалася нова, створена, фаза ведучого циркадианного ритму. В усіх життєвих чашках спостерігалося за кількома пікових мушок — щодня одному, за одну і те час за показниками внутрішніх годин. Перший пік склали найстарші групи особини. Їх молодшим сестрам знадобилося ще за кілька днів, щоб завершити дозрівання і підготуватися до «перейшла світло», що відбувся з цього сигналу того самого циркадианного ритма.

Коли всі отримані піки вылупления — близько полтура тисяч — було зображено як точок на кристалі часу, вийшов цілком кінцевий трьох мірний графік залежності нової фази від величены стимулу і «старої фазы.

Що за поверхню, де лежать експериментальні точки? Найближчі до нас зображені як великих шестигранників, найвіддаленіші - як крихітних. Червона лінія зазначає кордон поверхні всередині двох сусідніх одиничних осередків. Простежимо за діагоналлю «нова фаза = стара фаза» знизу вгору на найближчій до нас площині, при стимуле нульової тривалості для дедалі більше старої фази. Це непарний тип підстроювання. Дійдемо до рефрактерной фази, коли годинник несприйнятливі до будь-якого кількості світла. Якщо у цій точці згорнутися з діагоналі вглиб, то збільшення стимулу до максимуму експериментальні точки будуть зустрічатися на колишньої висоті. (Існування такий точки.

рефрактерности — нечутливості - перестав бути логічного необхідністю, та інших випадках її можуть же не бути. Втім, сталість нової фази на бічних стінках, стінках кристала часу не грає роль наших міркуваннях.) Далі, за максимальної величині стимулу задній стінці кристала, рухаючись справа-наліво однією цикл старої фази, видно, що точки встають і опускаються навколо горизонталі. Хвиляста поверхню парний тип підстроювання. Тут, однією цикл раніше тієї точки, від якої ми згорнули всередину, ми опинимося у тій самої нечутливою фазі. Тепер зменшувати величину стимулу при постійної старої фазі: цьому шляху повернення з глубинны кристала нова фаза, залишається не зрадою. Тож ми повернулися на точку, що лежить однією цикл вище точки старту. А обійшли одну повну одиницю осередок кристала часу зробивши сходження за одним витку спіралі. Хмару експериментальних точок визначило гвинтову поверхность.

Це вельми примітно. Оминаючи одиничну осередок, ми побачили лише результат експериментів, у яких вплив це не дає ніякого ефекту, плюс серія дослідів з цими сильними стимулами, що результати підстроювання ритму щоразу виявлялася практично однаковим. Важко повірити, що таке поверхове дослідження поведінки годин, настільки бліді результати можуть таїти у собі насіння чогось незвичного. Проте біологічний годинник, як якось Р. До. Честертон при іншій нагоді, «здаються математично правильними, трохи більше точними, чим є насправді. Їх точність очевидна, а неточність прихована. Їх безладність чекає засідці». Неминучий висновок (власне, заради нього було затіяні експерименти) у тому, що спіральна кордон належить гвинтовій поверхні, а гвинтова поверхню має міститися десь всередині себе, далеко від стимулів, дають гладку прикордонну лінію, якусь особливу вісь. Вісь цієї гвинтовій поверхні - вертикальна лінія, вздовж якої висота поверхні стає певної. На горизонтальному «підлозі» кристала ця вісь має проекцію — особливу точку, унікальний стимул, якесь поєднання моменту і тривалості впливу світлом. Що ж станеться при дію такого стимула?

Насамперед, що за стимул? Якщо яскравість блакитного світла така, що з ньому ледь можна читати, то тривалість експозиції - близько хвилини. Світло треба принести близько півночі у звичайному добовому циклі, тобто тоді, як у природі світла обмаль. Дика дрозофіла у цей годину може побачити лише місячний світло: повна експозиція протягом декількох хвилин міг би становити сингулярний стимул, але для маленькій лялечці, прихованої під листям чи заритої в пісок, шанси такий засвітки малі. Навіть якби це сталося в уразливе фазі, денний світло повністю перекрив ефект сингулярного стимула.

Однак у XX столітті подібні лабораторні організми часом потрапляють у незвичні умови, неможливі у природі. Їх циркадианные годинник, ізольовані е від зовнішніх сигналів часу, піддаються вільному бігу — цьому вони доступні й відкриті дії досліджуваних стимулів й наша цікавого погляду. Що буде пов’язаний із чашечкою «лялечок» після впливу сингулярного стимулу? Виявляється, наступне циркадианное поведінка стає невизначеним що природно, як і Бердяєв віщує гвинтова поверхню підстроювання фази. Проте імовірні взаємно що виключатимуть способів реалізації цієї невизначеності. Можливо, лялечки загинуть, не доживши до їх вылупления? Чи вони як раніше будуть вылупляться як добових піків, але становище цих піків у часі будуть не передбачуваним? Насправді ні те ні інше. Просто вылупление відбувається безупинно. Починаючи з сингулярного стимулу до того часу, поки якась інша сигнал дасть почилих лялечкам точку для відсікання часу, вони хіба що поза часом, ніби чекають поштовху, який би підштовхнув, запустив їх які стоять годинник. І на випадок, коли годинник жодного разу отримували стимулу від моменту зачаття, у разі, якщо такий стимул раніше забезпечив ритмічність, та був інший, сингулярний, знову призупинив її, — картина одна: в кожній дрозофіли циркадианные годинник хто не йде. У цьому стан окрема особа виходять із метаморфози у будь-якій годину діб, не ритмічно.

Понад те, якщо те відновиться циркадианный режим вылупление другим імпульсом світла, то нова фаза не залежатиме від часу подачі цього другого стимулу: щоразу буде сама й той самий фаза, начебто між двома стимулами не минуло ніякого часу, тобто коли перший стимул за величиною дорівнював сумі двох. Отримавши першу дозу, циркадианная система лялечці відразу завмирає і далі продовжує «нудьгувати» в очікування нове порції света.

Отже, отримана в досвіді поверхню підстроювання фази справляє враження чудесну сніжну гору із нескінченним спуском-серпанитинном, яким хочеться мчати на лижах, роблячи гілок за витком спіраллю навколо сингулярності.

Топографічна карта фаз як показує точне місце розташування сингулярності, її щоденне повторення, але, ще, що й виділяє не передбачене стиснення, усунення всієї картини вниз (при рух зліва на право, тобто у бік малих величин стимулу). Це означає, що пізніше, після переходу із постійного світла темряву, той ефект характеризується коротшого експозиції, при меншою величены светого стимулу. Інакше кажучи, чим більше комаха залишається у темряві, тим чутливіший від до світла залишаються його годинник. Протягом днів досягається дванадцяти кратна колірна адапция: якщо одразу ж після перенесення лялечок з безперервного світла темряву світлові імпульси сприймають слабко, то після двох днів перебування у темряві чутливість годин зростає настільки, що безперервного висвітлення, навіть більше тьмяного, ніж місячний світло, вже, щоб зупинити їх перебіг. Останнім часом отримані інші підтвердження такій своєрідній аксонометрии кристала часу, хоча причина невідома. Можливо, це наслідок поступового відновлення пігменту, зруйнованого під час тривалого перебування на світу: чи залежить від повільному ослаблення циркадианных годин — бо що менше амплітуда коливання, тим легше їх порушити; а можливо, мають місце обидві причини. Для одних біологічних видів зібрано більше даних на користь першого пояснення, й інших — на користь другого; механізми можуть бути різними.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.

1. Дильман У. М. Великі біологічний годинник. Введення ЄІАС у інтегральну медицину. — М.: Знание, 1986.

2. Малахов Р. П. Биоритмология і уринотерапія.- СПб.: АТ «Комплект», 1994.

3. Уїнфрі А. Т. Час по біологічним годинах. — М.: Світ, 1990.