Irama dalam biologi - faktor irama ...

Rhythmicity dalam biologi adalah fenomena yang sangat menarik. Banyak saintis kini mengkaji fenomena ini. Rhythmicity dalam biologi adalah proses sejagat yang melibatkan semua organisma hidup. Anda akan melihat ini dalam artikel ini selepas membaca artikel ini.

Prinsip perpaduan alam sekitar dan organisma adalah salah satu prinsip sains semula jadi moden. Semua organisma hidup, serta superorganisma, membentuk perpaduan dengan persekitaran di mana mereka hidup, mempunyai irama semua proses mereka. Aktiviti penting mereka tertakluk kepada irama berkala, yang mencerminkan reaksi kepada irama seluruh alam semesta (geofizik, astronomi), serta alam semula jadi.

P.Ya. Sokolov, seorang ahli sosiologi Rusia, menyatakan bahawa seluruh dunia haiwan dan tumbuhan, dan dengannya manusia, sentiasa dan selama-lamanya mengalami kesan-kesan dunia fizikal dan bertindak balas dengan reaksi berdenyut berirama kepada pemukulan nadi dunia.

Apakah irama biologi?

Marilah kita mempertimbangkan konsep minat dengan lebih terperinci. Irama biologi secara berkala berulang perubahan dalam sifat dan intensiti fenomena dan proses biologi. Proses berkala ini mempunyai julat frekuensi yang luas. Mereka berlaku pada setiap peringkat organisasi sistem hidup . Semakin kompleks biosistem, semakin banyak bioritma. Mereka ditetapkan pada tahap genetik. Rhythmicity dalam biologi adalah fenomena yang sangat penting untuk penyesuaian dan pemilihan organisma semulajadi.

Kehadirannya adalah disebabkan oleh penyegerakan proses biokimia. Oleh kerana organisma hidup adalah sistem hierarki, ia perlu mengimbangi fungsinya dengan penyegerakan subsistem dan tahap yang berbeza bukan sahaja pada masa, tetapi juga dalam ruang biologi.

Dalam artikel ini, anda akan mempelajari secara terperinci mengenai irama dalam biologi. Manifestasi, sifat, contohnya juga akan dipertimbangkan di bawah.

Chronobiology: kemunculan dan pembangunan

Sains, yang mengkaji biorhythms, dipanggil chronobiology. Ia terkenal sejak zaman purba bahawa kelopak dan daun tumbuhan, bergantung pada masa siang, membuat pergerakan tertentu. Karl Linnaeus pada tahun 1745 mencipta "jam bunga" (dalam gambar di bawah), yang membolehkan anda menentukan masa pembukaan dan penutupan bunga.

Pada separuh pertama abad ke-19, kajian pertama mengenai irama sirkadian telah dijalankan pada manusia, seperti suhu badan, kekerapan kencing dan detak jantung. Dalam buku teks mengenai fisiologi tempoh ini, terdapat tanda-tanda kewujudan fungsi berirama yang bersifat endogen, iaitu, timbul dalam badan itu sendiri. Pada tahun 1936, watak endogen irama harian tumbuh-tumbuhan dan bunga akhirnya ditubuhkan. Untuk melakukan ini, apa-apa pengaruh luar terhadap mereka telah dikecualikan.

Pencapaian lain dalam perkembangan ilmu kronobiologi adalah penemuan orientasi burung dan lebah dalam penerbangan oleh matahari, pengesahan kehadiran dalam tubuh manusia irama circadian endogen. Satu dorongan baru kepada sains ini diberikan sebagai akibat daripada penjelajahan alam semesta. Seperti dahulu, minat utama saintis dalam kajian irama biologi adalah kajian irama tahunan, bulan dan diurnal.

Rhythms fisiologi dan penyesuaian

Berikut adalah klasifikasi mereka dari sudut pandangan interaksi alam sekitar dan organisma.

1. Irama adaptif (biorhythms) adalah ayunan yang berlaku dengan tempoh dekat dengan kitaran geofizik yang paling penting. Peranan mereka adalah untuk menyesuaikan organisme yang berlainan kepada perubahan dalam persekitaran luaran yang berlaku secara berkala. Kekerapan mereka stabil.
2. Rhythms fisiologi (kerja) - turun naik, yang mencerminkan aktiviti sistem fisiologi ini atau organisma itu. Kekerapan mereka berbeza-beza dan bergantung kepada keadaan organisma.

Rhythms eksogen dan endogen

Rhythms oleh sifat asal dibahagikan kepada eksogen dan endogen. Eksogen - respons tubuh terhadap perubahan dalam alam sekitar. Keturunan yang timbul disebabkan oleh tindakan proses kendiri kendiri, yang dicirikan oleh maklum balas lambat. Mereka tertakluk kepada pengaruh luar, yang boleh menjejaskan amplitud mereka, dan juga beralih fasa bioritma.

Rhythms oleh tahap organisasi biosistem dan kekerapan

Rhythms juga dibahagikan mengikut tahap organisasi biosistem tertentu. Mereka terbahagi kepada biosfera, penduduk, organisma, organ dan selular.

Oleh kekerapan mereka ialah:

• Rhythms frekuensi tinggi (dari satu pecahan kedua hingga 30 minit);
• Purata (dari 30 minit hingga 28 jam);
• Mesoritma (dari 28 jam hingga 7 hari);
• Makro-irama (dari 20 hari ke setahun);
• Megarhtms (periodicity - puluhan tahun).

Sifat biorhythms

Organisme hidup, mengikut hipotesis yang paling biasa, adalah sistem berayun bebas, yang dicirikan oleh satu set irama, berkaitan secara dalaman. Kitaran metabolisme (katabolisme dan metabolisme) berlaku dalam sel secara berterusan. Ini adalah kompleks pelbagai reaksi biokimia - sintesis dan pembelahan bahan. Oleh itu, dalam sel-sel, selaras dengan kitaran metabolik, kepekatan pelbagai bahan (produk metabolik, enzim, matriks dan pengangkutan RNA, dll) yang mengambil bahagian dalam tindak balas biokimia terus berubah secara berterusan. Parameter persekitaran dalaman biosistem sebagai akibat daripada tindak balas ini melakukan ayunan berterusan, menyimpang dari nilai min.

Dalam organisma hidup, sensor yang menentukan sifat dan kelajuan proses metabolik adalah hormon dan modulator allosteric yang menyokong irama dalam biologi. Ini mereka sentiasa memantau keadaan badan. Dan dia berusaha untuk mengekalkan kesinambungan (homeostasis) persekitaran dalaman - pH, suhu, tekanan osmotik, kepekatan bahan, dan lain-lain. Banyak mekanisme yang terlibat dalam mengekalkan homeostasis. Mereka dibina terutamanya berdasarkan prinsip maklum balas. Sebagai contoh, kelebihan glukosa dalam darah mencetuskan mekanisme penyimpanan bahan ini (dalam bentuk glikogen). Sebaliknya, kekurangannya menyebabkan peningkatan belahan glikogen.

Berikut ini boleh disimpulkan dari ini. Dalam organisma hidup, tiada proses berterusan. Ia semestinya selari dengan yang diarahkan bertentangan: kerja dengan rehat, menyedut dengan pernafasan, sintesis dengan pemisahan, terjaga dengan tidur, dan lain-lain. Oleh itu, keadaan organisma hidup tidak boleh statik. Ia dicirikan oleh konsep seperti irama. Kehadiran harta benda ini dari organisma hidup boleh ditentukan walaupun melalui pemerhatian yang mudah. Anda mungkin menyedari bahawa beberapa (dan sebenarnya segala-galanya) parameter tenaga dan fisiologinya sentiasa dalam keadaan ayunan baik dalam amplitud dan frekuensi berbanding dengan nilai min.

Perubahan-perubahan tersebut adalah biorhythms. Dengan bantuan organisma hidup ini memastikan kestabilan keadaan termodinamiknya. Ia membolehkan anda untuk berjaya menyesuaikan diri dengan alam sekitar, perubahan kitarannya adalah irama yang tepat. Takrif fenomena ini telah diberikan pada permulaan artikel ini.

Jam dalaman

Sensor masa luaran tidak diperlukan untuk penyegerakan sistem pada tahap conjugation yang tinggi dari semua subsistemnya. Dalam proses pembangunan organisma, program bawaan pesanan dari masa ke masa diubahsuai, membolehkannya menyesuaikan diri dengan profil cuaca alam sekitar. Organisme sedemikian dapat "meramalkan" masa hari. Hal ini membolehkannya untuk menyambung terlebih dahulu pelbagai effectors, yang tidak termasuk dalam respons segera. Sebagai contoh, suhu badan, serta tahap plasma kortikosteroid dalam tidur normal, bermula lama sebelum penghujungnya. Oleh itu, kebangkitan kadangkala berlaku lebih awal daripada cahaya yang menyala.

Berikut adalah contoh-contoh irama yang lain. Hanya organisma yang terselamat dalam proses pemilihan semulajadi, yang memiliki keupayaan bukan sahaja untuk menangkap pelbagai perubahan dalam keadaan semula jadi, tetapi juga untuk menyesuaikan alat berirama mereka dengan irama oscillasi luaran. Sebagai contoh, haiwan menggantikan irama tidur dan tidur supaya ia menyumbang kepada syarat-syarat yang baik untuk pengekstrakan makanan. Secara semula jadi, sistem pembiakan (tempoh ketidaksuburan dan kesuburan) juga disesuaikan dengan keadaan persekitaran yang paling optimum untuk anak yang semakin meningkat. Banyak burung jatuh ke selatan pada musim gugur. Ini adalah satu contoh bagaimana irama dimanifestasikan. Biologi tahu banyak contoh lain. Jadi, sesetengah haiwan jatuh ke dalam hibernasi. Ini membantu mereka bertahan, walaupun fakta bahawa keadaan persekitaran luaran adalah melampau.

Bioritma harian

Irama sirkadian dalam biologi - apa itu? Katakanlah. Bioritma harian (circadian) termasuk fenomena dan perubahan dalam sifat dan intensiti proses biologi, kekerapan kekambuhannya ialah 24 ± 4 jam. Kebanyakan proses fizium dan biokimia metabolisme, pergerakan, perkembangan, pertumbuhan adalah tertakluk kepada irama ini, yang disebabkan oleh irama sirkadian (harian) alam sekitar. Ia, pada gilirannya, dihubungkan dengan putaran di sekitar paksi planet kita. Contoh proses sedemikian: keamatan metabolisme, turun naik dalam suhu badan, kekerapan pembahagian sel. Bagi mereka semua, irama harian adalah ciri.

Biologi adalah sains yang mengkaji bukan sahaja haiwan tetapi juga tumbuh-tumbuhan. Dalam yang terakhir, khususnya, kitaran berirama menurunkan daun dan menutup bunga-bunga itu diperhatikan pada waktu malam. Pada waktu siang mereka diturunkan. Irama dipelihara walaupun tidak ada cahaya matahari. Ini disahkan oleh eksperimennya. Shnol, biophysicist Rusia. Dia memberikan kacang Maran sebagai contoh. Daunnya naik dan jatuh pada waktu pagi dan petang, walaupun tumbuhan itu berada di dalam bilik yang gelap. Ia seolah-olah merasakan masa dan menentukan jam fisiologi dalaman.

Tumbuhan biasanya menentukan tempoh hari dengan peralihan dari satu bentuk ke yang lain pigmen phytochrome apabila ciri-ciri cahaya matahari (komposisi spektrum) berubah. Sebagai contoh, matahari pada waktu matahari terbenam mempunyai warna merah kerana cahaya merah mempunyai panjang gelombang terpanjang dan kurang daripada biru, hilang. Dalam senja atau matahari terbenam, banyak sinaran inframerah dan merah. Ini dilihat oleh tumbuh-tumbuhan, menunjukkan irama harian.

Biologi adalah sains di mana, pada masa ini, banyak pengalaman dalam mengamati pelbagai haiwan telah terkumpul. Telah dijumpai, khususnya, bahawa penggantian tempoh rehat dan aktiviti haiwan (malam dan siang) juga merujuk kepada irama harian. Bagi mereka adalah penting untuk menentukan masa yang tidak mutlak, tetapi relatif. Mereka perlu tahu apabila matahari terbit dan duduk, kerana makhluk masa siang menggunakan bahagian cahaya hari untuk mencari makanan, dan yang malam - yang gelap.

Beri contoh - perhatikan irama harian kepiting yang mengundang di pantai Lautan Atlantik. Dia mengubah warna, menunjukkan irama harian. Biologi adalah sains yang, seperti yang lain, mendedahkan corak. Kenapa kepiting berubah warna? Katakanlah.

Ketam itu lebih ringan pada waktu pagi, tetapi apabila matahari naik lebih tinggi di atas ufuk, ia menjadi lebih gelap. Memainkan peranan pelindung, pigmen melindungi ketam yang menjemput dari sinaran matahari yang terik. Sekiranya terdapat aliran keluar, ia dibantu oleh warna yang lebih gelap untuk kekal tidak disedari di pasir pantai. Iaitu, terdapat ketam yang dihantar untuk mencari makanan.

Irama harian pada manusia

Kira-kira 300 fungsi fisiologi yang mempunyai irama diurnal diperhatikan di dalam tubuh manusia. Berat badan, berdasarkan sistem sirkadian manusia, maksimum pada 18-19 jam, kadar pernafasan - pada 13-16 jam, kadar denyutan jantung - pada 15-16 jam, paras darah dalam sel darah merah - pada 11-12 jam, leukosit - pada 21 -23 jam, dsb.

Proses mental mempercepatkan pada petang dan perlahan pada waktu pagi. Irama fungsi mental dan fisiologi pula akan dipengaruhi oleh perubahan dalam keadaan terjaga dan tidur, rehat dan aktiviti. Parameter kurva kapasiti kerja bergantung kepada pelbagai faktor semasa tempoh terjaga: dari tahap motivasi, pengambilan makanan, keadaan umum, jenis keperibadian, dan lain-lain.

Istilah "desynchronosis" bermaksud pelanggaran dalam sistem biologi pesanan ritma temporal irama. Kajian mekanismenya sangat penting dalam organisasi buruh dan rekreasi kakitangan, sambil melaksanakan pelbagai langkah pencegahan yang bertujuan untuk melindungi kesihatan. Desynchroz, khususnya, diperhatikan dalam individu yang mengembara jarak jauh (dalam 4-5 zon masa), dengan perubahan mod operasi dari siang hingga malam, serta dari angkasawan dalam prestasi penerbangan ruang angkasa.

Biorhythm lunar

Bioritma bulat (lunar) - irama, tempoh yang purata 29.53 hari. Irama ini dalam biologi sesuai dengan kitaran bulanan bulan, iaitu kitaran fasa bulan.

Banyak proses geofizik dipengaruhi oleh tempoh rotasi Bulan di sekeliling planet kita. Sebagai contoh, pencahayaan malam, suhu, tekanan udara, medan magnet bumi, perubahan arah angin. Semua fenomena ini untuk irama sarkas adalah penunjuk sementara.

Organisme marin mempunyai contoh yang paling mengagumkan tentang bagaimana irama ini mempengaruhi proses kehidupan. Sebagai contoh, Palolo, cacing laut yang mendiami terumbu karang, pada bulan Oktober dan November, pada dekad terakhir kitaran lunar dan pada masa yang sama pada siang hari, memisahkan bahagian belakangnya, yang dipenuhi dengan produk-produk sistem pembiakan, ke dalam air. Ini perlu bagi kesinambungan keluarga.

Siklus musim kesuburan dan kesuburan boleh bukan sahaja sinodik (seperti dalam contoh terdahulu). Terdapat juga syzyges dengan selang waktu 14.7 hari. Jadi, satu spesies ikan yang hidup di tepi Teluk California, pada bulan purnama dan bulan baru (semasa air pasang) meletakkan telur di pantai. Ia berkembang selama 14 hari di pantai dan memasuki air dengan arus seterusnya.

Moonlight, seperti yang telah kita sebutkan, menyebabkan perbezaan pencahayaan pada waktu malam. Ini menyumbang kepada fakta bahawa aktiviti haiwan yang menjalani cara hidup malam atau malam berubah. Walaupun anda mengecualikan kesan cahaya bulan di makmal, kekerapan proses beredar dipelihara. Ia boleh disebabkan oleh faktor lain yang berkaitan dengan kitaran lunar. Contohnya, ini adalah ayunan medan magnet planet kita.

Kitaran lunar juga mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan. Ini boleh ditunjukkan dengan contoh turun naik dalam hasil lobak, kentang dan kekacang. Untuk kalendar lunar lama telah digunakan untuk membantu menentukan masa yang optimum untuk langkah-langkah agroteknik dan menanam tanaman.

Bioritma tahunan

Bioritma peralihan (tahunan) dalam biologi mempunyai tempoh ayunan 1 tahun ± 2 bulan. Mereka dikaitkan dengan putaran di sekitar Matahari planet kita.

Irama ini diperhatikan dalam semua organisma, dari tropika ke zon polar. Ungkapan mereka tumbuh apabila latitud meningkat. Analisis rhythmicity membolehkan saintis menyimpulkan bahawa dalam organisma yang mendiami zon polar dan sederhana di mana perbezaan bermusim paling ketara, ia nyata dengan jelas. Asas bioritma tahunan adalah, pertama, tindak balas adaptif yang timbul sebagai tindak balas terhadap perubahan parameter terpenting persekitaran (rejim air, komposisi kuantitatif dan kualitatif makanan, suhu).

Kedua, ia adalah tindak balas badan kepada faktor-faktor alam sekitar isyarat (contohnya, perubahan keamatan geomagnetik bidang, photoperiod, kejadian komponen kimia tertentu). Berlaku contoh biorhythm tahunan di nomading fenomena migrasi, musim panas dan musim sejuk tidak aktif, proses pembiakan, dan sebagainya. D.

Banyak hibernasi haiwan membantu untuk terus hidup tempoh yang tidak menguntungkan. Yang menghairankan tepat menentukan masa haiwan untuknya. Bear, sebagai contoh, di sarang selalu sesuai pada malam salji a. Dan dia sedang tidur selepas itu sehingga April, sehingga suhu 12 ° C (iaitu, 5.5 bulan). Pada masa ini, ia wujud dengan mengorbankan lemak terkumpul pada musim gugur. saham adalah hampir satu pertiga daripada berat badan haiwan. menanggung suhu badan semasa tidur dikurangkan oleh kira-kira 10 ° C, 3 kali ganda mengurangkan frekuensinya pernafasan. Ini membantu untuk menjimatkan sumber penting terkumpul pada musim panas. Ini adalah manifestasi irama badan beruang. Jika anda memecahkan irama, tetapi binatang yang tidak meletakkan di tempat persembunyiannya untuk sebab-sebab tertentu atau tiba-tiba bangun di tengah-tengah musim sejuk, ia hampir ditakdirkan. The rod penyambung akan terlalu kuat untuk pelbagai jenis parasit, yang melemahkan badan, menderita kelaparan, sedang berkembang pesat.

Begitu banyak contoh irama telah dibentangkan dalam artikel ini. Mereka mengesahkan bahawa ia adalah satu fenomena universal dalam dunia haiwan. Biorhythms, lebih-lebih lagi, adalah faktor penentu dalam kewujudan organisma hidup. Prinsip irama didapati di semua peringkat organisasi sistem biologi. Ia berfungsi untuk menyesuaikan diri badan untuk berfungsi dengan lebih baik dalam persekitaran.

faktor

Oleh itu, kita diperiksa irama dalam biologi, apa yang ia, sekarang anda tahu. Walau bagaimanapun, kami berminat dalam konsep itu didapati bukan sahaja dalam bidang sains ini. Khususnya, ahli ekonomi telah membuat kesimpulan bahawa ia diperhatikan dalam sektor perindustrian. Setelah membuat penemuan ini, mereka memperkenalkan konsep "faktor irama." Dia sentiasa berusaha untuk perpaduan. Biasanya, faktor irama ini telah dipilih setiap hari, sepuluh hari, satu bulan, dan lain-lain Dengan itu boleh digambarkan, khususnya, tahap penggunaan dalam pengeluaran masa bekerja. kadar yang lebih besar daripada irama, kitaran pengeluaran adalah lebih padat dan ekonomi sumber (terutamanya masa tenaga pekerja) dibelanjakan rasional.