Факультет

Студентам

Посетителям

Внутренний механизм биологических часов

Исследования показали, что ритмичность физиологических процессов имеет несколько организационных уровней: от клеточного до организменного.

Ритмичность работы характерна для каждой клетки животного организма. Однако остается неясным, как происходит синхронизация работы всех клеток и каков механизм управления биологическими часами целостного организма. Работы английского биолога Ж. Харкер (1960) подтолкнули специалистов в области биоритмологии на поиск органов, ответственных за функцию биологических часов. Ей удалось обнаружить морфологическую структуру биологических часов, по крайней мере, у одного вида животных. Расчленяя тело таракана, она доказала, что функцию биологических часов у этого животного выполняет подглоточный ганглий. Из этого ганглия Ж. Харкер выделила четыре нейрона, обладающих спонтанной нейросекреторной активностью. Их удаление десинхронизирует физиологические процессы на уровне целостного организма. Пересадка интактного ганглия восстанавливала работу биологических часов таракана.

Окончательно доказали роль подглоточного ганглия как биологического эндогенного водителя ритма опыты с перекрестной пересадкой нервных клеток от английского таракана таракану новозеландскому и наоборот. Новозеландский таракан с ганглием от английского насекомого у себя дома ломал свой привычный ритм и начинал жить по лондонскому времени.

К сожалению, таракан — это единственное животное, у которого удалось найти анатомический субстрат внутренних биологических часов. У других видов животных разного уровня организации попытки найти единый центр времени потерпели неудачу. У растений вообще нет центральных органов биологических часов. А у животных их может быть несколько. Одна из популярных концепций допускает существование, по крайней мере, трех типов биологических часов: центральных, гомеостатических и периферических. На роль центральных часов претендует промежуточный мозг и ретикулярная формация ствола. Гомеостатические часы связаны с гипоталамусом. Они реализуют свой синхронизирующий эффект на обмен веществ через гипофиз и периферические железы внутренней секреции. Периферические часы располагаются в различных органах и клетках и не зависят от центрального механизма времени.

Однако имеются основания для того, чтобы говорить о наличии центра управления самими биологическими часами. Тот факт, что удаление больших полушарий головного мозга не нарушает ритма сна и бодрствования, суточной динамики гормональной секреции и других ритмов организма, свидетельствует о том, что этот центр располагается за пределами больших полушарий мозга. Гомеостаз регулируется вегетативной нервной системой. Поэтому гипоталамус обоснованно называют высшим вегетативным центром. Эксперименты показывают, что он же выполняет функцию и гомеостатических часов. Через гипофиз гипоталамус задает ритм работы всем гомеостатируюгцим механизмам. Гипоталамус получает информацию от периферических органов поддержания гомеостаза по каналам обратной связи. Обратную афферентацию гипоталамус отслеживает через собственный рецепторный механизм. Так, хорошо изучена цикличность секреции катехоламинов — быстрых регуляторов гомеостаза. Уровень адреналина и кортикоидов в крови колеблется циклически параллельно изменениям активности гипоталамуса. Периферические часы проявляют относительную функциональную самостоятельность и не связаны ни с центральными, ни с гомеостатическими водителями ритма. Исследователи предлагают на роль центрального органа периферических часов надпочечники. Мозговой слой надпочечников при очевидной зависимости от гипоталамуса обладает собственной ритмичностью секреции катехоламинов. Несмотря на то, что в основе всех биологических ритмов лежат космические явления, биологические часы животного организма ведут отсчет времени в формате абсолютного времени. По крайней мере сегодня нет доказательств влияния Солнца, Луны или иных космических тел на внутренний отсчет времени в животном организме. Опыты, проведенные на животных (белки-летяги, хомяки, мыши), показали, что в лабораторных условиях физиологические ритмы можно сместить за счет внешних факторов. Так, манипулируя световым режимом, удается увеличить или укоротить суточные ритмы ночных животных. Но в условиях 24-часовой темноты у животных восстанавливается природный 24-часовой ритм активности, т. е. внутренний ритмовод у животных отмеряет абсолютное время. Подобные результаты получены и для человеческого организма. За счет изменения интенсивности и продолжительности освещения у человека можно изменить ритмику активности с 24-часовой до 21-часовой или 28-часовой периодики. Однако при длительном пребывании людей под землей и в условиях полярной ночи внутренние биологические часы начинают отсчитывать абсолютное время, привязанное к 24-часовому циклу. Хотя известно, что биологические часы человека всегда немного спешат. Представление о том, что биологические часы основываются на одиночных реакциях на определенный космический стимул, ломается наблюдениями за ритмичностью жизненных процессов в условиях строгой изоляции животного и человека.

Среди биоритмологов популярна «концепция цепных реакций». Дело в том, что физико-химические процессы на уровне отдельной клетки носят колебательный характер. Отдельные параметры изменяются в строго фиксированных пределах. Приближение параметра к крайнему значению автоматически запускает механизм противоположного смысла. Подобным образом происходит репликация ДНК, синтез белка, деление клетки, окислительное фосфорилирование, колебания мембранного потенциала или изменения температуры протоплазмы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: