Природа биологических часов. Биологические часы. Биологические ритмы. Внутриклеточные ритмы. Фотопериодизм.

9870 St Vincent Place, Glasgow, DC 45 Fr 45.

+1 800 559 6580

Природа биологических часов.

Фото

Биологические часы.

Перейти в оглавление раздела: СВЕТ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ

* Фотопериодизм. Биологические часы

Читать очерк сначала: Биологические часы

Природа биологических часов.

Фото

...Что мы знаем о природе биологических часов? Откуда следует, что они эндогенны, что их ход не определяется каким-то внешним периодическим процессом?

Де Мэран показал, что дело не в периодической смене дня и ночи. Дюмель – что дело не в периодических изменениях температуры. Но они, не имея точных приборов, могли не заметить небольших изменений. Кроме того, может быть, дело в каких-то других, физических, факторах – атмосферном давлении, электромагнитных трудно экранируемых излучениях или, вообще, в каких-то еще неизвестных излучениях Солнца?

Главный довод в пользу эндогенности состоит в следующем. В постоянных, по всем параметрам контролируемых условиях, период внутриклеточных часов вовсе не равен ровно 24 ч. Такой «свободный» период может быть и 22 (и даже 16), и 28 ч. Это лишь, как говорят по предложению Халберга, «циркадный» (околосуточный) период.

Циркадные, собственные, эндогенные часы подстраиваются внешними периодическими процессами под 24-часовой период земных суток. Но их можно подстроить и под другие периоды – растянуть до 48 ч или сжать до 16 ч. Это делают в искусственных условиях с растениями, животными, человеком, когда изучают поведение часов в условиях, имитирующих, например, условия длительного космического полета или подводного плавания.

Итак, основной механизм часов – внутри клетки. Как устроен этот механизм? Чтобы выяснить это, нужно ответить на несколько вопросов.

Первый вопрос: для измерения времени нужен какой-то периодический процесс – «маятник». Что за маятник используется в клеточных часах, и какова точность их хода? Точность часов определяется самым высокочастотным процессом в их механизме. Живым организмам вряд ли нужна точность выше, чем несколько секунд в сутки. Значит, должен быть процесс с периодом колебаний порядка секунд. Какой это процесс? (Пчелы и птицы вносят поправки на движение Солнца или вращение звездного неба, т.е. Земли, с точностью до нескольких минут.)

Второй вопрос: как обеспечивается независимость хода часов от температуры? Ход часов не должен зависеть от температуры. Уж очень непостоянна температура среды обитания. Независимость от температуры – очень трудное условие поиска: все химические процессы и большинство физико-химических процессов сильно зависят от температуры.

Третий вопрос: как осуществляется преобразование высокочастотного процесса в низкочастотный? В наших механических часах преобразования от секундных колебаний маятника (секундная стрелка делает оборот за 1 мин) к движению минутной стрелки (оборот за 1 ч) и 12-часовому обороту часовой стрелки осуществляются посредством делителей частоты – системы шестеренок. Как в биологических часах осуществляется преобразование околосекундных колебаний в околосуточные?

Четвертый вопрос: как происходит регулировка и подстройка часов относительно внешних периодических процессов («сигналов точного времени»)? Должны быть «рецепторы», воспринимающие эти внешние сигналы, например световые импульсы.

Остается еще много важных вопросов и среди них такой: как осуществляется «временная организация» – согласование всех внутриклеточных часов многоклеточного организма? Такое согласование предполагает какую-то систему сигнализации между клетками. А тогда возникают новые вопросы: что за сигналы посылают они друг другу? Как достигается иерархия – подчинение часов одних клеток сигналам часов других, «руководящих», клеток? Где в клетке находятся часы? Где в многоклеточном организме со сложной анатомией находятся главные часы?

Исследованием природы биологических часов заняты лаборатории в разных странах. Здесь работали и работают выдающиеся исследователи: «классики» Фриш, Бюннинг, Питтендрич, Хастингс, Халберг, и много новых, относительно молодых биологов, физиков, математиков. Далеко не на все перечисленные вопросы получены ответы, и все же успехи здесь замечательны....

Читать очерк дальше: Биологические часы

Данная статья была опубликована в № 45/2004 газеты "Биология" издательского дома "Первое сентября". Все права принадлежат автору и издателю и охраняются.

РАЗДЕЛЫ
САЙТА