Алекс Энкиду - Почему мы живем так мало? Почему мы живем так долго?

В1931 году шведскими учеными впервые было доказано существование суточного ритма изменения содержания гликогена в печени и в мышцах.

В конце 20 века обнаружено уже более 50-ти биологических функций, имеющих суточную периодичность.

В настоящее время их насчитывается более 100.

Самое универсальное изобретение природы, которое имеет разные функциональные роли – несомненно, колебательный характер процессов. Например: колебания организуют периоды высокой и низкой активности отдельных метаболитов, благодаря чему в одной клетке протекает сразу несколько различных реакций. Амплитуда и фаза колебаний, несут определенную информацию и играют регуляторную роль в каскадах процессов, проходящих на уровне клетки и живого организма. Внутриклеточные колебания задают эндогенные биологические ритмы, которые определяют периодичность деления клеток, отмеряют время рождения и смерти живых организмов. Огромное разнообразие биоритмов включают в себя долговременные ритмы всего периода генетической жизни человека, ритм смены времен года, месячный менструальный ритм, суточный ритм сна и бодрствования, а также волны или ритмы, которые поднимаются и падают несколько раз в день, включая сексуальное возбуждение и чувство голода.

Самое интересное открытие последнего времени заключается в том, что многие циклы биологических часов сами по себе, не являются точными, а имеют большую погрешность. А конечная точность достигается путем синхронизации собственных ритмом с окружающими. Ритмы, которые задаются внутренними причинами, называются эндогенными, те которые регулируются внешними факторами – экзогенными. Большинство биологических ритмов являются смешанными, т. е. частично эндогенными и частично экзогенными.

Например, циркадные (околосуточные) ритмы с периодом 20—28 часов. Циркадные ритмы имеют сугубо эндогенное происхождение, но они явно нуждаются в постоянной настройке с помощью внешних для организма сигналов. Эти ритмы в действительности регулируются какими-то еще не выявленными внешними факторами. Об этом свидетельствуют следующие факты: 1) циркадные ритмы сохраняются и у организмов, быстро обращающихся вокруг Земли в искусственных спутниках; 2) при постоянных внешних условиях продолжительность периода не равна в точности 24 часам.

Это означает, что эндогенные ритмы несколько изменяется под действием какого-то внешнего сигнала, «подгоняющего» внутренний ритм к ритму окружающей среды.

У человека циркадные ритмы изучались в различных ситуациях: в пещерах, герметических камерах. Выяснилось, что в отклонениях от суточного цикла у человека большую роль играют даже типологические особенности характера. Циркадные ритмы могут быть различны даже у членов одной и той же семьи.

Исследования ритмов сна и бодрствования в закрытых помещениях дали очень интересные результаты. Исследования показали принципиальную возможность «уменьшить» сутки до 18 часов, постепенно изменяя продолжительность фаз сна и бодрствования. При дальнейшем «уменьшение» суток до 16 ч. у испытуемых проявлялись различные, в основном психические, расстройства. «Удлинение» суток в условиях закрытого помещения испытуемыми переносилось легче и функциональные расстройства у них отмечались при навязывании «суток» длительностью 40 ч и более.

Группу шведских учёных под руководством Дамиана Марана (Damian Moran) изучала, каким образом жизнь без солнечного света влияет на циркадные ритмы слепых рыб пещерных мексиканских тетр (Astyanax mexicanus). Эти рыбы интересны тем, что у них есть близнецы – рыбы этого же вида, но живущие в глубоких и темных пещерах.

В лабораторных условиях учёные проверили, как метаболизм различных мексиканских тетр будет реагировать на регулярную смену освещения и на постоянную темноту.

Оказалось, организмы зрячих и слепых рыб функционируют по-разному, но в обоих случаях это не зависело от внешних факторов. Рыбы, обладающие развитыми глазами, днём начинали активнее поглощать кислород, причём это происходило, даже если рыб помещали в полную темноту. В то же время слепые рыбы днём и ночью потребляли кислород с одинаковой интенсивностью, также вне зависимости от того, менялось ли в течение суток освещение. При этом отсутствие необходимости ежедневно перестраиваться дает рыбам дополнительный бонус – позволяет рыбам, лишённым зрения, экономить до 30% энергии по сравнению с тетрами, обладающими зрением.

Крупнейший теоретик эволюционного учения И. И. Шмальгаузен занимался поиском основных факторов эволюционного процесса и его механизмов управления. Он первый ученый, который проанализировал управляющие механизмы эволюционного процесса с позиций новой на тот момент науки – кибернетики. Применения принципы теории информации он изложил в строгих математических терминах описания механизмов биологических процессов на всех уровнях их нахождения: субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном и надорганизменном. Его задачей было найти целое. Так и называлась одна из его работ – «Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии».

Он писал: «…наследственная стойкость организма объясняется сложностью системы морфогенетических связей, объединяющих все части развивающегося организма в одно целое, а не стойкостью наследственного вещества, т. е. генов». А «сложность системы морфогенетических связей» он видел в хронобиологической организации организма.

И. И. Шмальгаузен указывал, что в процессе старения организмов их хроноструктура меняется. Для человека и для животных он отмечал не только снижение амплитуд биоритмов, но и смещение спектрального состава хроноструктуры в сторону ультрадианных составляющих и изменения акрофаз. В зрелом возрасте, т.е. в стадии наибольшей целостности организма наблюдается специфическая организации биоритмов и прежде всего максимальная величина циркадианных амплитуд. В зрелом возрасте в течении длительного периода сохраняется относительная стабильность амплитуд, спектрального состава и акрофаз циркадианных ритмов.

Он предполагал, что распад циркадианного ритма протекает в обратной последовательности по сравнению с ее становлением. В первую очередь, вероятно, ухудшается координация внутренних и внешних ритмов, что приводит к сдвигу акрофаз. Смещение акрофаз биоритмов в старости для различных функциональных систем организма может существенно отличаться. Из-за этого, меняются внутренние и внешние фазовые соотношения ритмов, что приводит к десинхронизации циклов сна и бодрствования, а также температуры тела. В процессе старения постоянно ухудшаются приспособительные возможности.