Циркадный ритм

Циркадный ритм

Циркадные (циркадианные) ритмы (от лат. circa — около, кругом и лат. dies — день) — циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют эндогенное происхождение, представляя, таким образом, «внутренние часы» организма. Циркадные ритмы присутствуют у таких организмов как цианобактерии[1], водоросли, грибы, растения, животные. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам.

Содержание

История открытия

Впервые об изменении положения листьев в течение дня у тамаринда (Tamarindus indicus) упоминает описывавший походы Александра Македонского Андростен.

В новое время в 1729 году французский астроном де Мейрен сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой (Mimosa pudica). Эти движения повторялись с определенной периодичностью даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет, что позволило предположить эндогенное происхождение биологических ритмов, к которым были приурочены движения листьев растения. Де Мейрен предположил, что эти ритмы могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека.

Декандоль в 1832 году определил, что период, с которыми растения мимозы совершают данные листовые движения, короче длины суток и составляет примерно 22-23 часа.

В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. Предположение о наследственной природе циркадных ритмов было подтверждено окончательно опытами, во время которых скрещивались растения фасоли, периоды циркадных ритмов которых различались. У гибридов длина периода отличалась от длины периода у обоих родителей. Эндогенная природа циркадных ритмов была окончательно подтверждена в 1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая (Neurospora crassa), проведенными в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.

Циркадные ритмы растений

Циркадные ритмы растений связаны со сменой дня и ночи и важны для адаптации растений к суточным колебаниям таких параметров как температура, освещение, влажность. Растения существуют в постоянно меняющемся мире, поэтому циркадные ритмы важны для того, чтобы растение могло дать надлежащий ответ на абиотический стресс. Изменение положения листьев в течение суток — лишь один из многих ритмических процессов у растений. В течение суток колеблются такие параметры как активность ферментов, интенсивность газообмена и фотосинтетическая активность.

В способности растений распознавать чередование дня и ночи играет роль фитохромная система. Примером работы такой системы является ритм цветения у растения ‘’Pharbitis nil’’. Цветение у этого растения зависит от длины светового дня: если день короче определенного интервала, то растение цветет, если длиннее — вегетирует. В течение суток условия освещения меняются из-за того, что солнце находится под разными углами к горизонту, и соответственно меняется спектральный состав света, что воспринимается различными фитохромами которые возбуждаются светом с разной длиной волны. Так, вечером в спектре много дальних красных лучей, которые активизируют только фитохром А, давая растению сигнал о приближении ночи. Получив этот сигнал, растение принимает соответствующие меры. Важность фитохромов для температурной адаптации была выяснена во время опытов с трансгенными осинами ‘’Populus tremula’’, у которых продукция фитохрома А была повышена. Растениям постоянно «казалось», что они получают свет высокой интенсивности, и таким образом не могли адаптироваться к суточным колебаниям температуры и страдали от ночных заморозков.

При исследовании суточных ритмов у арабидопсис была также показана фотопериодичность работы трех генов CO, FKF1 и G1. Ген constans участвует в определении времени цветения. Синтез продукта гена CO запускается комплексом из белков FKF1 и G1. В этом комплексе продукт гена FKF1 играет роль фоторецептора. Синтез белка CO запускается через 4 часа после начала освещения и останавливается в темноте. Синтезированный белок за ночь разрушается и таким образом необходимая для цветения растения концентрация белка достигается только в условиях долгого летнего дня.

Циркадные ритмы у животных

Практически все животные приспосабливают свои физиологические и поведенческие процессы к суточным колебаниям абиотических параметров. Примером циркадного ритма у животных является цикл сон-бодрствование. У человека и у других животных существуют внутренние часы которые идут даже в отсутствие внешних стимулов которые могут дать информацию о времени суток. Исследование молекулярно-биологической природы этих часов началось около 30 лет назад. Конопка и Бензер, работавшие в калифорнийском технологическом институте обнаружили три мутантных линии дрозофил, циркадные ритмы которых отличались от циркадных ритмов мушек дикого типа. Дальнейший анализ показал что у мутантов мутации затрагивали аллели одного локуса, который был назван исследователями per (от period). В отсутствие нормальных сигналов окружающей среды период околосуточной активности у мушек дикого типа составлял 24 часа, у мутантов per-s 19 часов, у мутантов per-1 29 часов, у мутантов per-0 вообще не наблюдалось никакого ритма. Впоследствии было обнаружено, что продукты генов per есть во многих клетках дрозофил участвующих в продукции циркадного ритма насекомого. Более того, у мушек дикого типа наблюдаются циркадные колебания в количестве per mРНК и белка Per в то время как у мушек per0 у которых нет циркадного ритма такой цикличности экспрессии не наблюдается.

Циркадные ритмы и цикл сон-бодрствование у человека

Периоды сна и бодрствования у человека сменяются с циркадной периодичностью. При исследовании связи периодичности сна и бодрствования с внешними стимулами изучалось изменение продолжительности периода данных колебаний у человека. В отсутствие внешней стимуляции, которая позволяет человеку судить о времени суток, подопытные всё равно ложились спать и пробуждались в обычное время; таким образом, период ритма сон-бодрствование не изменялся и оставался равным 24 часам, затем, через некоторое время он увеличился до 36 часов. Когда подопытные возвратились в нормальные условия, то 24-часовой цикл был восстановлен.

Одним из наиболее эффективных внешних сигналов, поддерживающих 24-часовый цикл, является свет. У человека зрительные рецепторы посылают сигнал в супрахиазмальное ядро, и дальнейшее распространение сигнала приводит к выработке гормонов, регулирующих циркадную активность организма. Однако при этом отдельные органы, такие как сердце, печень, почки, имеют свои «внутренние часы» и могут «выбиваться из ритма», устанавливаемого супрахиазмальным ядром. Сигнал, поступающий в шишковидную железу, вызывает синтез и выделение в кровоток вызывающего сон нейрогормона мелатонина. У пожилых людей выделяется меньше мелатонина, что, вероятно, объясняет, почему старые люди чаще страдают бессонницей. Большая часть исследователей полагает, что супрахиазмальное ядро отвечает за циркадные ритмы и за колебания параметров, связанных с циклом сон-бодрствование: например, температуры тела, кровяного давления и диуреза.

Заболевания, связанные с нарушением циркадного ритма

У взрослых во время сна уменьшается продукция мочи в связи с увеличением содержания антидиуретического гормона в крови. У некоторых детей и взрослых, у которых цикличность колебаний содержания вазопрессина нарушена, уменьшение продукции мочи в ночное время не происходит, что приводит к неконтролируемому мочеиспусканию. Такое заболевание как смертельная наследственная бессонница заканчивается летальным исходом и связана с врожденными дефектами нейронов супрахиазматического ядра. Любопытным является то, что подобные симптомы возникают при болезни Крейтцфельдта-Якоба, когда поражаются клетки того же супрахиазматического ядра.

Литература

  1. Purves D. et al (2004). ‘’Neuroscience’’. Sinauer Associates, Inc. Publishers Sunderland, Massachusetts U.S.A
  2. Алехина Н. Д. и др (2005) ‘’Физиология растений’’. М.: Издательский центр «Академия»
  3. McClung C. (2006). ‘’Plant Circadian rhythms’’

Примечания

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Нужен реферат?

Полезное


Смотреть что такое "Циркадный ритм" в других словарях:

  • Циркадный ритм — 24 часовой цикл с характерной повторяющейся схемой физичсских изменений. Исслсдования показали. что многие биологнческие функнии адаптированы к этому суточному циклу. включая сон/пробуждение. температуру тела. выделение гормонов и кровяное… …   Большая психологическая энциклопедия

  • циркадный ритм — Биологический суточный ритм с периодом равным 24 час. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь генетических терминов 1995 407с.] Тематики генетика EN circadian rhythm …   Справочник технического переводчика

  • циркадный ритм — circadian rhythm циркадный ритм. Биологический суточный ритм с периодом равным 24 час. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • циркадный ритм — paros ritmas statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Bioritmas, sutampantis su periodišku Žemės sukimusi aplink savo ašį – žmogaus organizmo gyvybinių funkcijų ciklinis intensyvumo svyravimas per 20–28 val.: kūno temperatūros,… …   Sporto terminų žodynas

  • циркадный ритм — paros ritmas statusas T sritis Kūno kultūra ir sportas apibrėžtis Ritmiškas (kas 24 val.) organizmo funkcijų savybių kitimas. atitikmenys: angl. 24 hour rhythm vok. Tagesrhythmus, m; 24 Stunden Rhythmus, m rus. суточный ритм; циркадный ритм …   Sporto terminų žodynas

  • циркадный ритм — rus циркадный ритм (м) eng circadian rhythm fra rythme (m) circadien, rythme (m) nycthéméral deu Zirkadianrhythmus (m), 24 Stunden Rhythmus (m), Schlaf Wach Rhythmus (m) spa ritmo (m) circadiano …   Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

  • ЦИРКАДНЫЙ РИТМ — Циркадный происходит из латинского и означает кругом и день. Следовательно, ритмы с приблизительно 24 часовым циклом называются циркадными. Последние исследования показывают, что многие биологические функции обнаруживают такую периодичность,… …   Толковый словарь по психологии

  • циркадный ритм — (лат. circa около + dies день) околосуточный, циркадианный ритм циклическое колебание интенсивности того или иного биологического процесса с периодом в пределах 20 28 часов. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009 …   Словарь иностранных слов русского языка

  • Циркадный ритм (circadian rhythm) — О том, что у нек рых растений есть суточные циклы движений листьев и лепестков, люди знали еще много веков назад. А в последние несколько десятилетий были накоплены обширные данные о циркадной ритмичности в жизни животных. Особенно поражает… …   Психологическая энциклопедия

  • Циркадный ритм — – период времени, длящийся приблизительно 24 часа. Ряд исследований показывают, что многие биологические функции обнаруживают такую периодичность, включая гормональную секрецию, температуру тела, АД, сон бодрствование и др. Такие ритмы, как… …   Энциклопедический словарь по психологии и педагогике


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»