Что такое биологическое время. Время в биологии. Фрагмент работы для ознакомления
Реферат *
440руб.
Введение
Биологическое время
Фрагмент работы для ознакомления
Важнейшим внешним фактором, влияющим на ритмы организма, является фотопериодичность. У высших животных предполагается существование двух способов фотопериодической регуляции биологических ритмов: через органы зрения и далее через ритм двигательной активности организма и путем экстрасенсорного восприятия света. Существует несколько концепций эндогенного регулирования биологических ритмов: генетическая регуляция, регуляция с участием клеточных мембран. Большинство ученых склоняются к мнению о полигенном контроле над ритмами. Известно, что в регуляции биологических ритмов принимают участие не только ядро, но и цитоплазма клетки.
Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный ритм, имеющий наибольшее значение для организма. Понятие циркадианного (околосуточного) ритма ввел в 1959 году Халберг. Циркадианный ритм является видоизменением суточного ритма с периодом 24 часа, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам. Это ритмы с не навязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, т.е. обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов длится у растений 23-28 часов, у животных 23-25 часов. Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными.
Циркадианные ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации – от клеточного давления до межличностных отношений. В многочисленных опытах на животных установлено наличие циркадианных ритмов двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления и диуреза. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. В этом ритме содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов. Этому же циркадианному ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. Всего к настоящему времени у человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику.
Биоритмы организма – суточные, месячные, годовые – практически остались неизменными с первобытных времен и не могут угнаться за ритмами современной жизни. У каждого человека в течение суток четко прослеживаются пики и спады важнейших жизненных систем. Важнейшие биоритмы могут быть зафиксированы в хронограммах. Основными показателями в них служат температура тела, пульс, частота дыхания в покое и другие показатели, которые можно определить только при помощи специалистов. Знание нормальной индивидуальной хронограммы позволяет выявить опасности заболевания, организовать свою деятельность в соответствии с возможностями организма, избежать срывов в его работе.
Самую напряженную работу надо делать в те часы, когда главнейшие системы организма функционируют с максимальной интенсивностью. Если человек "голубь", то пик работоспособности приходится на три часа дня. Если "жаворонок" – то время наибольшей активности организма падает на полдень. "Совам" рекомендуется самую напряженную работу выполнять в 5-6 часов вечера.
О влиянии 11-летнего цикла солнечной активности на биосферу Земли сказано много. Но не все знают о тесной зависимости, существующей между фазой солнечного цикла и антропометрическими данными молодежи. Киевские исследователи провели статистический анализ показателей массы тела и роста юношей, приходивших на призывные участки. Оказывается, что акселерация весьма подвержена солнечному циклу: тенденция к повышению модулируется волнами, синхронными с периодом "переполюсовки " магнитного поля Солнца (а это удвоенный 11-летний цикл, т.е. 22 года). Кстати, в деятельности Солнца выявлены и более длительные периоды, охватывающие несколько столетий.
Важное практическое значение имеет также исследование других многодневных (околомесячных, годовых и пр.) ритмов, датчиком времени для которых являются такие периодические изменения в природе, как смена сезонов, лунные циклы и др.3
1.2 Влияние биоритмов на человека
Имея понятия об основных биологических ритмах, можно рассмотреть влияние биологичеких ритмов на трудоспособность человека.
Окологодовыми (цирканнуальными) называют ритмы, соответствующие смене времен года, т. е, годичные или сезонные, имея в виду, что эти ритмы подобно циркадианным не отличаются жесткой стабильностью периода. Эти ритмы обусловлены вращением Земли вокруг Солнца. Сезонные ритмы сформировались в ходе естественного отбора и закрепились в естественных структурах организма. Весна - это довольно трудное время года, весной совершается больше самоубийств, чаще наблюдается депрессия у лиц с неуравновешенной психикой. Осень же является оптимальным сезоном года для человека. Годовые ритмы свойственны всем физиологическим и психическим функциям. Психическая и мышечная возбудимость у людей выше весной и в начале лета, зимой она значительно ниже. Значительно изменяется обмен веществ, артериальное давление, частота пульса: он становится реже весной и осенью, а учащается зимой и летом. В окологодовом ритме меняется работоспособность человека осенью она наибольшая. Поэтому для реализации творческих замыслов, бесспорно, хороша осень. Лето лучше использовать для закаливания, формирования выносливости.
Рассмотрим влияние месячного, недельного и суточного цикла на работоспособность организма человека.
Месячный цикл в отличие от недельного существует объективно в окружающей нас природе. Это так называемый сидерический месяц - 27 1/3 дня - период вращения Луны вокруг Земли и 29 1/2 дня - синодический месяц - время от одного новолуния до другого. Все месячные циклы так или иначе связаны с ритмом половой активности. При этом, околомесячные циклы, затрагивающие весь организм обуславливают большую устойчивость женского организма, так как колебательный режим у особей женского пола тренирует их физиологические системы и функции, делает их более устойчивыми.
Мы хорошо знаем, что основное действие Луны на Землю связано с взаимодействием их масс (закон всемирного тяготения), проявляющихся в виде приливов и отливов в реках и морях, а так же с экранированием Земли Луной от электромагнитного излучения солнца или дополнительным потоком в виде отраженного света. Это важно знать и учитывать гипертоникам и гипотоникам. Итак, гипертоникам надо остерегаться полнолуния, когда кровь максимально приливает к голове, а гипотоникам - новолуния, когда кровь отливает к ногам. На смене лунных фаз необходимо делать перерывы в работе, для восполнения сил, а также делать кратковременные перерывы в работе на пиках фаз.
Поэтому, желательно, в течение месячного цикла планировать нагрузку на работе, в соответствии, с биологическими ритмами, т.к. в критические дни цикла снижается работоспособность и ухудшается общее самочувствие организма.
В недельных ритмах подчеркнуто выражен социальный (экзогенный) компонент - недельный ритм работы и отдыха, в соответствии с которым изменяются функциональные отправления нашего организма.
Динамика работоспособности испытывает влияние недельного ритма: в понедельник происходит врабатываемость после выходных дней, максимум работоспособности наблюдается в середине недели, а к пятнице уже накапливается усталость, утомление и работоспособность падает. Следовательно, в понедельник и пятницу рабочую нагрузку стоит уменьшить за счет других рабочих дней. Недельному биоритму подвержены не только физиологические, но и психические процессы, а точнее целостное протекание тех и других. Вот почему особенно удачным распорядком оказывается тот, когда попеременно усиливается то физическая, то интеллектуальная активность человека. Недельный ритм упорядочил трудовую деятельность, приспособив ее к физическим возможностям и потребностям организма. Ритм этот не случаен, и борьба с ним - это борьба человека с его же собственными, но еще не познанными законами.
Конечно, нельзя жить строго по расписанию, но учитывать особенности каждого дня и, сообразуясь с этим, контролировать себя вполне возможно. Распределяя рабочую нагрузку, учитывайте следующее:
а) не планируйте трудовые подвиги в понедельник. Понедельник – день конфликтов, инфарктов и инсультов;
б) дни активных действий – вторник, среда, четверг;
в) пятница – день спокойной, рутинной работы, не требующей нагрузки и напряжения.
Смена дня и ночи, времени года приводит к тому, что органы человека также ритмично изменяют свою активность. Суточный цикл, один из основных циклов, влияющих на работоспособность человека.
Самочувствие человека во многом зависит от того, насколько режим труда и отдыха соответствует его индивидуальным биоритмам. Активизация органов подчиняется внутренним биологическим часам. При энергетическом возбуждении организма происходит взаимодействие главных органов, подстройка их друг под друга, и под изменения окружающей среды. Полный цикл энергетического возбуждения органов завершается примерно за 24 часа. Причем максимальная активность органов длится около двух часов. Именно в это время органы человека лучше поддаются лечебному воздействию.
Ниже приводится время максимальной активности человека в его суточном биоритме:
печень - с 1 до 3 часов ночи;
легкие - с 3 до 5 часов утра;
толстая кишка - с 5 до 7 часов утра;
желудок - с 7 до 9 часов утра;
селезенка и поджелудочная железа - с 9 до 11 часов утра;
сердце - с 11 до 13 часов дня;
тонкая кишка - с 13 до 15 часов дня;
мочевой пузырь - с 15 до 17 часов дня;
почки - с 17 до 19 часов вечера;
органы кровообращения, половые органы - с 19 до 21 часов вечера;
органы теплообразования - с 21 до 23 часов ночи;
желчный пузырь - с 23 до 1 часу ночи. 4
Глава II Биологические циклы
2.1 Понятие биологических циклов
Биологические циклы, ритмическое повторение биологических явлений в сообществах организмов (популяциях, биоценозах), служащее приспособлением к циклическим изменениям условий их существования. Биологические циклы входят в более общее понятие – биологические циклы, включающее все ритмически повторяющиеся биологические явления. Биологические циклы могут быть суточными, сезонными (годовыми) или многолетними. Суточные биологические циклы выражаются в закономерных колебаниях физиологических явлений и поведения животных в течение суток. В основе их лежат автоматические механизмы, которые корректируются воздействием внешних факторов - суточными колебаниями освещённости, температуры, влажности и др. В основе сезонных биологических циклов лежат те же изменения обмена веществ, регулируемые у животных с помощью гормонов. В разные сезоны меняются состояние и поведение организмов в пределах популяции или биоценоза: происходит накопление (расходование) резервных веществ, смена покровов, начинаются (заканчиваются) размножение, миграция, спячка и другие сезонные явления. Будучи в значительной мере автоматизированными, эти явления корректируются внешними влияниями (состоянием погоды, запасов пищи и т.п.). Многолетние биологические циклы обусловливаются циклическими колебаниями климата и других условий существования (в связи с изменением солнечной активности и других космических или планетарных факторов); такие биологические циклы совершаются в популяциях и биоценозах и выражаются в колебаниях размножения и численности отдельных видов, в расселении популяции в новые места или вымирании её части. Эти явления - суммированный результат циклических изменений популяций и биоценозов и колебаний условий их существования, главным образом климата.5
2.2 Теория «трех циклов»
Австрийский психолог Г. Свобода, немецкий врач В. Фисс и австрийский инженер А. Тельчер в конце XIX и начале XX века создали известную теорию о трех циклах, согласно которой человеку присущи особые циклы: 23 - суточный (физический), 28 - суточный (эмоциональный) и 33- суточный (интеллектуальный). Отношение к ней спорное.
Краткая суть этой концепции:
Список литературы
Список использованной литературы:
1.Детари Л., Карцаш В. Биоритмы. – М.: Мир, 2004.
2.Куприянович Л.И. Биологические ритмы и сон. // ж. Вопросы психологии, 2000 № 5
3.Мажкенов С.А. Теория биологических ритмов человека. // ж.Вопросы психологии, 2001 № 2
4.Сергеев Д. Совы и жаворонки// ж. Огонек, 2002 № 33
5.Уинфри А. Время по биологическим часам. - М., 1990.
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
В биологической науке видное место занимают вопросы временной организации живых систем, причем это относится ко всем биологическим уровням бытия. Все понимают, что всякий биологический процесс имеет темпоральный характер. Но всего лишь констатация этого факта мало что дает. Значительно актуальнее определиться относительно концепта биологического времени1, без которого, как очевидно, нельзя построить биологическую теорию. В этой связи приходится искать ответы на ряд сложных вопросов. Что такое время? Существует ли биологическое время? Отличается ли биологическое время от физического времени? Тождественно ли время, относящееся к различным уровням биологического бытия? Как измеряется биологическое время?
Время - это длительность (б) некоторых процессов. Длительности физических процессов (tf) образуют физическое время. Длительности биологических процессов (tb) как раз и являются биологическим временем. Вроде бы очевидно, что биологическое время отличается от физического. Но уже на этом этапе анализа нас поджидает неожиданность. Многие авторы полагают, что единицы измерения физического И биологического времени одни и те же, например, секунды. Если это так. то налицо явный парадокс: качественно различные явления не Должны измеряться в одних и тех же единицах.
Столкнувшись с указанным выше парадоксом, резонно призадуматься над природой длительностей. Строго говоря, длительность является элементарным признаком процессов, а это означает, что она не может быть определена на основе других признаков. Но длительность вполне может быть сравнена с другими признаками объектов. Поступив таким образом, нетрудно выяснить, что длительность является интегральной характеристикой необратимой процессуальное™. Чем больший участок своей истории прошел объект, тем больше его длительность (возраст). Если же исследователя интересует более детальная характеристика процесса, то он рассматривает дифферен
в дифференциально-временной форме. Как видим, концепт времени играет в формулировке процессуальных законов исключительно важную роль. Но какое время должно стоять в знаменателе? На этот вопрос пока нет ответа. Наша характеристика феномена времени все еще является поверхностной. Крайне важно уяснить, как именно уточнялся концепт времени в биологии.
Проблему биологического времени одним из первых осознал Карл Бэр. «Внутренняя жизнь человека или "животного, - отмечал он, - может в данное пространство времени проистекать скорее или медленнее... эта-то внутренняя жизнь есть основная мера, которой мы измеряем время при созерцании природы»1. Правильнее, наверно, утверждать, что биологическое время является мерой жизни человека или животного. Если бы еще знать, в чем именно состоит эта мера. В этой связи резонно прислушаться к В.И. Вернадскому. Характеризуя биологическое время, он отмечал, что «для каждой формы организмов есть закономерная бренность ее проявления: определенный средний свой срок жизни отдельного неделимого, определенная для каждой формы своя ритмическая смена ее поколений, необратимость процесса.
Для жизни время... выражается в трех разных процессах: во- первых, время индивидуального бытия, во-вторых, время смены поколений без изменения формы жизни и, в-третьих, время эволюционное - смены форм, одновременное со сменой поколений» . Нетрудно видеть, что указываемые В.И. Вернадским черты бренности организмов в принципе не противоречат традиционному исчислению календарного
времени в привычных нам секундах, минутах, часах и днях. Но вряд ли календарное время одновременно является и физическим, и биологическим феноменом.
Определенное уточнение концепта биологического времени сулит учение о биоритмах, которые изучаются широко и многопланово. В биоритмах находит свое наиболее полное выражение временная организация, упорядоченность биологических явлений, а также их адаптация к внешним условиям. В своем наиболее традиционном истолковании биоритмология сопрягается лишь с календарными длительностями. Поэтому в ее рамках вопрос об особых единицах измерения биологического времени обычно не получает сколько-нибудь существенного развития. Но ситуация резко изменяется тогда, когда биоритмология дополняется концепцией так называемых биологических часов. «В каждой клетке животных или растений, - отмечает С.Э. Шноль, - имеются гены, определяющие околосуточную (циркадную) периодичность жизнедеятельности. Внутриклеточные „часы“ подстраивают свой ход к периодам смены дня и ночи - светлого и темного времени суток и мало зависят от изменений температуры. В центральной нервной системе животных находятся главные „часы", управляющие часами других клеток»1. В рамках концепции биоритмов разумно считать единицей времени продолжительность одного ритма. Календарные длительности ритмов изменяются в некоторых пределах, но все ритмические единицы тождественны друг другу. Видимо, впервые перед нами забрезжил подлинный концепт биологического времени. Но продолжим наши усилия по поводу его постижения.
Как отмечали А. А. Детлаф и Т. А. Детлаф, на протяжении четверти века плодотворно занимавшиеся проблемой биологического времени, «перед биологами неоднократно возникала задача найти единицу биологического времени, которая была бы сопоставима у одного вида животных при разных условиях, а также у разных видов животных. Отдельными исследователями было предложено несколько частных решений этой задачи. При этом во всех случаях время было определено не в единицах астрономического времени, а в долях (или числе) того или иного периода развития, продолжительность которого была принята за единицу времени» . Сами они пришли к выводу, что в эмбриологии
«в качестве меры времени может служить продолжительность любого периода зародышевого развития».
Точка зрения, согласно которой единицей биологического времени является длительность некоторого имеющего биологическую значимость физико-химического процесса, чрезвычайно широко распространена в современной литературе. Она встречается едва ли не в каждой публикации, посвященной проблеме биологического времени. Показательно, например, заявление Н.В. Тимофеева-Ресовского: «Эволюционное время определяется не астрономическим временем, не часами, а поколениями, т.е. временем смены поколений».
На наш взгляд, рассматриваемая концепция биологического времени небезупречна. Ее содержание составляет прямолинейный переход от физического времени к биологическому. По сути, утверждается, что
Но эта формула заведомо неверна, ибо в левой и правой части стоят величины различных размерностей. Физическое - в секундах, а биологическое время измеряется в особых биологических единицах, которые предлагают называть, например, Дарвинами или менделями. Между физическим и биологическим временем действительно может быть связь, но в соответствии с формулой
где kbph - размерный коэффициент пропорциональности, фиксирующий соотношение физических и биологических единиц.
Его пытался установить Гастон Бакман. Он даже пришел к выводу, что между физическим и биологическим временем в онтогенезе существует относительно простая логарифмическая зависимость. Но новейшие данные этот вывод не подтверждают. По крайней мере, ему не присуща та степень универсальности, которую предполагал Бакман. Коэффициент kbph является не постоянной величиной, а «плавающей» функцией. Применительно к различным уровням бытия он выражается различными, причем далеко не простыми функциями.
Концепция биологических часов неудовлетворительна еще в одном отношении. Мы имеем в виду, что в ней не получила должного освещения проблема конгруэнтности длительностей. Две длитель-
ности конгруэнтны, если процессы, мерами которых они являются, равнозначны. Допустим, рассматривается физический процесс, длительность которого составляет 10 с. В таком случае, например, вторая секунда конгруэнтна восьмой или же любой другой. В физике дело обстоит не так, что любой периодический процесс признается в качестве часов. Физическими часами является лишь тот процесс, который обеспечивает соблюдение выполнения условия конгруэнтности.
Как нам представляется, условие конгруэнтности актуально не только для физики, но и для биологии. Проиллюстрируем сказанное простым примером. Будем считать, что некоторое биологическое состояние достигается за счет п клеточных делений. Допустимо ли всегда считать эти деления конгруэнтными друг другу? Ответ отрицательный, ибо значимости этих делений могут быть различными; возможно, что, например, пятое деление является самым важным. Но это означает, что календарная длительность одного деления не может считаться единицей времени. Все единицы времени должны быть конгруэнтными друг другу. Но в рассмотренном случае это требование не выполняется. В качестве биологических часов целесообразно избирать лишь тот периодический процесс, который выполняет условие конгруэнтности. Разумеется, обратившись к условию конгруэнтности, исследователю придется основательно заняться теоретическими размышлениями.
Выше мы неоднократно обращали внимание на необходимость четкого различения концептов физической и биологической длительности. Рассмотрим в этой связи их в контексте супервенции и символической связи. На стадии супервенции исследователь имеет дело лишь с физическим временем. На стадии символизации физическое время рассматривается в качестве символа биологического времени. Можно сказать, что речь идет о биологической относительности физического времени. Именно она часто попадает в поле внимания исследователей, которые руководствуются соотношением = Дtb.. На наш взгляд, они
недостаточно определенно выражают специфику и самостоятельность биологического времени. Если это не имеет место, то биологическое время редуцируется к физическому времени.
Но существует ли биологическое время как таковое? Может быть, достаточно рассуждать о биологической относительности физического времени? Эти вопросы, являющиеся ключевыми для проблемы биологического времени, абсолютное большинство исследователей вообще не обсуждают. На наш взгляд, биологическое время действительно существует. Мало кто сомневается в реальности биологических процессов. Но атемпоральных процессов не бывает. Физическое время не
является адекватной характеристикой биологических процессов. Этой характеристикой является биологическое время. Допустим, что рассматривается ряд последовательных состояний некоторого биологического объекта: Do, D\, D2, Ас, где Do - начальное состояние, а Ас - конечное состояние. Если исследователь пожелает узнать насколько далеко объект удалился от своего исходного состояния навстречу конечному состоянию, то у него нет другого пути, как воспользоваться параметром биологической длительности. Например, временной мерой состояния Dii является At%. Исследователи, сомневающиеся в реальности биологического времени, с тем же основанием могут сомневаться в действительности биологических процессов.
Многоуровневость биологических процессов сопровождается мнгоуровневостью биологического времени. Подчеркивание этого обстоятельства стало общим местом. Биологический объект сочетает в себе различные биологические времена. Можно сказать, что он находится между лезвиями времен. Если один из органов исчерпал свой временной ресурс, то наступает смерть индивида. Феномен жизни предполагает гармонию многих форм биологического времени.
Переходим к заключительному сюжету данного параграфа, возможно, самому актуальному. В науке есть немало идеалов, но едва ли не важнейшим является идеал дифференциального закона. Этот закон описывает последовательные стадии некоторого процесса посредством дифференциального уравнения. В идеале должна использоваться форма
В действительности же используется форма
ражает специфику биологического процесса. Подробный анализ показывает, что биологический анализ включает в себя множество стадий. В конечном счете находит свое осмысление и феномен биологического времени. На наш взгляд, по мере развития биологического знания обращение к нему будет все более явным.
В современной науке используются также понятия биологического, психологического и социального пространства и времени.
В живом веществе пространство и времяхарактеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов.
Пространство , в котором идут жизненные явления, т.е. существуют живые организмы и проявления их совокупностей, является энантиоморфным пространством. Т.е. его векторы полярны и энантиоморфны. Без этого не могло бы быть дисимметрии живых организмов.
В геометрическом выражении времени, в котором происходят жизненные явления, все его векторы должны быть также полярными и энантиоморфными.
Биологическим называется время , связанное с жизненными явлениями и отвечающее пространству живых организмов, которое обладает дисимметрией .
Полярность времени в биологических явлениях выражается в том, что эти процессы необратимы, т.е. геометрически в линии А→В векторы АВ и ВА различны.
Энантиоморфность времени выражается в том, что в процессе, идущем во времени, закономерно проявляется через определенные промежутки времени дисимметрия.
Свойства и проявление такого времени связанного с пространством резко отличны от всего остального пространства нашей планеты, могут отличаться от другого времени. Решить этот вопрос можно только эмпирическим изучением времени.
Такое изучение показывает, что биологическое время равно по длительности геологическому, так как на всем протяжении геологической истории мы имеем дело с жизнью. Биологическое время охватывает порядка n∙10 9 лет, n = 1,5÷3.
Начала жизни, т.е. начала биологического времени мы не знаем, нет данных и на конец биологического времени. Это биологическое время проявлялось в одной и той же среде, т.к. все живое происходило от живого же. Это был необратимый процесс, где время, отнесенное к пространству обладает полярными векторами. на это указывает единый процесс эволюции видов. неуклонно идущий все время в одном и том же направлении. Он идет с разной скоростью для разных видов, с остановками, но в общем картина живой природы постоянно меняется, не останавливаясь и не возвращаясь назад. Характерно для некоторых видов их вымирание, т.е. резко выраженный полярный характер векторов времени. Вопрос о существовании определенного предела во времени для растительного и животных видов поднимался не раз, но, по-видимому, в общей форме он должен быть решен отрицательно, так как есть виды, которые неизменно существуют без существенных морфологических изменений в течение сотен миллионов лет. Самое характерное, в смысле времени в живом веществе, является существование поколений.
Поколения генетически сменяясь, постоянно изменяются в своих морфологических признаках, причем это изменение или совершалось скачками через большие промежутки времени, или, наоборот, накапливаются от поколения к поколению незаметно. становясь видным только через большие числа поколений. Важно, что в том и другом случае наблюдается необратимый процесс, идущий с ходом времени.
равномерная длительность класса соравномерных биологических процессов живого организма. Мысль о том, что природа живых организмов обусловлена прежде всего спецификой временной организации протекающих в них процес сов, была высказана еще в середине XIX века Карлом Эрнстом фон Бэром1. Некоторые исследователи пытались ввести в научный обиход понятия «биологическое время» (Вернадский В.И.), «физиологическое время» (леконт дю Нуйи), «органическое время» (Бакман Г.). Однако недостаточная разработанность философского учения о времени не позволила определить вводимые понятия таким образом, чтобы ими можно было пользоваться при экспериментальных и теоретических исследованиях подобно тому, как в физике используется понятие «время». Ближе всего к адекватному пониманию биологического времени подошли исследователи, которые обнаружили, что если в качестве самотождественной единицы длительности использовать периоды какихлибо повторяющихся процессов живого организма, то можно выявить специфические закономерности его развития. Особенно значительные результаты на таком пути исследований получены Т.А. Детлаф1, которая в 1960 г. совместно с братом - физиком А. А. Детлафом - выступила с предложением использовать при изучении эмбрионального развития пойкилотермных животных в качестве единицы измерения времени длительность одного митотического цикла периода синхронных делений дробления, обозначенную ими? и 0 получившую по инициативе А.А. Нейфаха наименование «детлаф»2. Т.А. Детлаф разработала методику хронометрирования развития живых организмов в единицах биологического времени? и использовала ее 0 при изучении многих видов пойкилотермных животных3. Однако до последнего времени оставался открытым вопрос о правомерности квалификации подобных единиц длительности как единиц особого типа времени, поскольку, будучи длительностями периодов циклических процессов живых организмов, они подвержены случайным колебаниям, тогда как на протяжении всей истории развития понятия времени равномерность рассматривается как одно из важнейших свойств времени. Анализ понятия и критериев равномерности убедительно показал, что равномерность есть соотносительное свойство сравниваемых между собой материальных процессов и что в принципе возможно существование неограниченного множества удовлетворяющих критериям равномерности классов соравномерных процессов (КСП), каждый из которых в соответствующей области материальной действительности обладает свойствами равномерности и пригоден для введения единиц длительности и практического измерения времени1. При этом выяснилось, что КСП могут существовать в таких целостных высокоинтегрированных материальных системах, в которых материальные процессы настолько тесно взаимосвязаны и сопряжены, что ведут себя как единый поток, синхронно и пропорционально ускоряясь и замедляясь под воздействием различных и, в том числе, случайным образом изменяющихся факторов. Именно такого рода системами являются живые организмы. О наличии в живых организмах классов соравномерных биологических процессов свидетельствуют исследования Т.А. Детлаф и ее коллег. Они установили, что с изменением температуры среды дли тельности различных этапов эмбрионального развития пойкилотермных жи вотных изменяются пропорционально и что эта закономерность имеет фунда ментальный характер, охватывая процессы всех структурных уровней органи зации эмбриона. Как отмечает Т.А. Детлаф, «... с изменением температуры про порцио нально изменяется длительность процессов, имеющих самую разную природу и осуществляющихся на разных уровнях организации организма: внут риклеточном (молекулярном и ультраструктурном), клеточном (при делении клеток и их дифференцировке), на уровне морфогенетических движений, про цессов индук ции и органогенеза»2. Иными словами, вся совокупность биологических процессов, из которых складывается развитие эм бриона, ведет себя как единый целостный процесс. В нем имеются как сравнительно медленные (протекающие на кле точном уровне процессы деления клеток и их дифференци ровка), так и весьма быстрые, протекающие на внутриклеточном, молекуляр ном уровне, к которым относятся, например, ферментативные реакции внутри клеточного метаболизма. Достаточно очевидно, что если бы на каких-то структурных уровнях организации эмбриона нарушалась синхронность и пропорциональность изме нения темпов биологических процессов, то это разрушило бы закономерное течение всего потока процессов формирования и раз вития живого организма. Указывая на это обстоятельство, Т.А. Детлаф подчеркивает: «Не будет преувеличе нием, если мы скажем, что без этой способности пойки лотермные организмы вообще не могли бы существовать в меняющихся усло виях внешней среды: если бы раз ные компоненты комплекса процессов, из ко торых складывается любой этап разви тия, изменялись асинхронно, то это при водило бы к возникновению нарушений нормального развития, а на более поздних стадиях - к на рушению нормального функционирования организма. Не случайно, что одной из первых реакций зародышей на приближение к границам оптимальных тем ператур является десинхронизация отдельных процессов развития» (Там же). Биологическое и физическое время взаимно стохастичны, поскольку единицы биологического времени представляют собой длительности таких повторяющихся биологических процессов, которые, будучи измеренными в единицах физического времени, меняются случайным образом, в зависимости от случайных изменений характеристик окружающих условий. Процессы функционирования и развития живых организмов даже генетически достаточно далеких друг от друга биологических видов при хронометрировании их в единицах собственного биологического времени подчиняются единым законам функционирования и развития2. В настоящее время становится все более очевидным, что раскрыть сущность жизни и научиться математически описывать ее как особое движение мате рии невозможно без введения в понятийный аппарат биологии понятия биологического времени. Хронометрируя и теоретически описывая биологические процессы в единицах биологического времени, можно будет пробиться сквозь внешнюю стохастичность процессов к тем динамическим законам, по которым в соответствии с заданной генетической программой идет развитие организма. Такой вывод подтверждается результатами более чем столетних исследований развития живых организмов и протекающих в них биологических процессов с использованием специфических единиц длительности. Впервые особую единицу длительности, названную им «пластохроном», ввел немецкий ботаник E. Аскенази1, который определил ее как период заложения одного зачатка метамера2 «стеблевой единицы». В дальнейшем единицу измерения длительности «пластохрон» применяли К. Торнтвейт1, Д.А. Сабинин2, Е.Ф. Марковская и Т.Г. Харькина (Марковская, Харькина 1997) и др. При изучении эмбрионального развития живых организмов одним из первых особые единицы длительности предложил И.И. Шмальгаузен3. Однако использованные И.И. Шмальгаузеном единицы длительности, связанные с определенным изменением объема зародыша, оказались применимы только при изучении роста организма, а не его развития. Некоторые исследователи в качестве единицы длительности используют ту или иную долю от полного времени эмбрионального развития. К таким единицам относится, например, «1% DT» (DT - Development Time - время развития), которая применялась при изучении развития эмбрионов осетровых рыб (Детлаф, Гинзбург, 1954), домашних птиц (Еремеев, 1957, 1959), насекомых (Striebel, 1960; Ball, 1982; Mori, 1986). И хотя она применима только при изучении организмов, которые выходят из яйцевых оболочек на одной и той же стадии развития, тем не менее позволяет открыть многие закономерности эмбрионального развития исследуемых животных. Так, Г.П. Еремеев, изучая зародышевое развитие разных видов птиц, время наступления этапов развития выразил в долях периода от откладки яйца до вылупления. В результате оказалось, что у таких домашних птиц, как куры, утки, гуси, индейки, а также у та ких птиц, как чибис, голубь домашний, крачка черная, одни и те же эта пы зародышевого развития при измерении времени указанным выше спо собом наступают «одновременно», тогда как в единицах астрономиче ского времени разница в длительности от дельных этапов развития у раз ных птиц достигает многих суток. В начале 80-х годов Ю.Н. Городиловым было предложено в качестве единицы длительности при изучении временных закономерностей развития костистых рыб использовать «отрезок времени, за который происходит приращение единичного сомита в течение метамеризации комплекса осевого зачатка зародыша от 1 до 60 сомитов» (Городилов, 1980, с. 471). В бактериологии существует мнение, что «для оценки процессов роста и развития бактерий целесообразно использовать не привычное и стабильное фи зическое время, а вариабельное время генерации (?)...»1. К сожалению, введенные рядом биологов единицы биологического времени слишком крупны для того, чтобы математически моделировать более фундаментальные биологические процессы живого организма2. Имеются веские основания считать, что биологические (биохимические и биофизические) процессы живого организма начинаются с каталитических циклов ферментативных реакций внутриклеточного метаболизма. Еще в начале 60-х годов ХХ столетия Христиансен привел убедительные аргументы в пользу когерентности каталитических циклов всех участвующих в катализе конкретной биохимической реакции молекул фермента3. При этом естественно предположить, что большую часть периода каталитического цикла макромолекулы фермента находятся в стабильных конформациях, а реагирующая среда пребывает в жидкокристаллическом состоянии4, при котором максимально заторможены перемещения молекул в реагирующей среде. лишь на короткие, строго дозированные моменты конформационных переходов макромолекул фермента реагирующая среда приходит в жидкое состояние, возбужденное конформационными изменениями макромолекул фермента1. При этом интенсивно протекают процессы диффузии молекул в реагирующей среде. Таким образом, вполне правомерным является представление, согласно которому каталитические циклы всех участвующих в биохимической реакции молекул фермента протекают синхронно, в силу чего каталитический цикл представляет собой обладающий биологическим значением элементарный акт биохимической реакции, а длительность этого цикла - далее неделимый квант биологического времени. В пределах квантов биологического времени нет биологических процессов, а имеют место физические взаимодействия атомов и элементарных частиц и физико-химические процессы, однако они не могут свободно протекать в силу структурных и организационных ограничений, которые накладывает на них живая клетка. В частности, нормальному течению физических и физико-химических процессов мешает принципиальная стохастичность длительности каталитических циклов, которая разрушает нормальное функционирование во внутриклеточной реагирующей среде физических законов и как бы переподчиняет эту среду действию биологических законов. Биологическое время исторично и иерархически многоуровнево. В процессе онтогенетического развития каждый живой организм, начиная с единственной оплодотворенной яйцеклетки, постепенно превращается в сложную иерархически многоуровневую материальную систему со специфическими закономерностями временной организации процессов на разных уровнях. Вопрос о том, являются ли биологические времена разных иерархических уровней лишь разными масштабными уровнями одного и того же времени или на разных уровнях возникают качественно разные биологические времена, на сегодняшний день остается открытым. Что касается биологического времени надорганизменных структур живой материи, то оно качественно отличается от биологического времени живых организмов. Основными единицами времени надорганизменных структур живой материи, видимо, могут служить длительности жизни следующих друг за другом поколений соответствующих живых организмов, как предполагают многие исследователи. При этом речь должна идти не об усредненной на все времена длительности жизни поколений живых организмов, а о длительности жизни поколений, реально сменяющих друг друга в непосредственно текущем настоящем времени, поскольку именно изменения (в единицах физического времени) длительностей существования следующих друг за другом поколений, рассматриваемых как конгруэнтные единицы, превращают их в единицы специфического времени, тогда как усредненные и содержащие постоянное число единиц физического времени периоды жизни поколений представляют собой единицы физического времени. В современной биологии, как и во всех естественных науках, используется Международная система единиц физических величин (СИ). Переход в биологии от физического к биологическому времени равносилен замене одной из фундаментальных единиц - секунды - на соответствующую единицу биологического времени. В силу взаимной стохастичности физического и биологического времени, производные величины, в размерностях которых имеется размерность физического времени «секунда», превратятся в стохастические переменные величины. Аналогичным образом в пределах биологических систем и процессов перестанут существовать и все физические константы, в размерностях которых фигурирует «секунда». По мере познания живой материи и выявления собственно биологических законов проявятся свои, биологические производные величины и константы, в размерностях которых будут находиться размерности биологического времени. В частности, с переходом при математическом описании биологических процессов к биологическому времени лишится смысла понятие «равномерного пространственного перемещения» и возникнет необходимость разработки представления о «биологическом пространстве» живого организма, равные расстояния в котором определяются не в пространственных, а во временных единицах. См.: «Историчность времени»; «Многоуровневость времени»; «Относительность равномерности времени»; «Физическое время». лит. Детлаф Т.А. Температурно-временные закономерности развития пойкилотермных животных. - М.: Наука, 2001. - 211 с. Хасанов И.А. Феномен времени. Часть I. Объективное время. - М., 1998. Хасанов И.А. Время: природа, равномерность, измерение. - М.: Прогресс Традиция, 2001. Хасанов И.А. Биологическое время. - М., 1999. - 39 с. // http://www.chronos. msu.ru/RREPORTS/khasanov_biologicheskoe.pdf Ильгиз А. Хасанов
Давно замечено, что все животные и растения обладают способностью ощущать время, или, как говорят ученые, имеют биологические часы . Ход этих часов тесно связан со сменой дня и ночи, сезонов года и другими внешними побудителями. Стрелки биологических часов сообщают растениям, когда им надлежит зацвести, животным — приступить к охоте, птицам — устраивать брачные «концерты» и отправляться в теплые края, а человеку — проснуться и не опоздать на работу.
Ученые полагают, что сама идея времени возникла тогда, когда наши предки учились думать: ведь ум действует последовательно — мы не можем сосредоточиться сразу же на двух событиях, все впечатления осознаются нами в некоей протяженности. С веками способность измерять время стала необходимым условием выживания организмов.
Человек рождается снабженным биологическими часами , и только по мере становления речи у него появляются вторые психологические часы, позволяющие различать прошлое, настоящее и будущее. Будущее — это то, к чему мы движемся, определенный промежуток между потребностью и моментом ее удовлетворения, образно говоря, расстояние между чашей и губами. Будущее не идет к нам, мы сами идем к нему, прошлое же остается позади.
Так время обрело характер движения. Когда мы не заняты делом, время ползет черепашьим шагом, но оно неудержимо мчится, когда мы поглощены любимым занятием. К слову сказать, первобытный человек на основе своих наивных представлений о времени пришел к выводу о неотвратимости смерти. Инстинкт подсказал ему способы борьбы с небытием, и он «перехитрил» время тем, что увековечил прошлое в ритуалах. Отмечая их, торжественно осуществляя обряды, человек убедился в необходимости измерять время. По меткому выражению Аристотеля, прошлое стало объектом памяти, будущее объектом надежд.
Много труда отдано было учеными поискам таинственных биологических часов. Кропотливые и сложные исследования подтвердили, что живые организмы мерят время периодическими процессами — от кратких, в доли секунды, реакций в клетке, до суточных и месячных циклов на уровне организма, который буквально «пронизан» ритмическими процессами.
Как же все-таки мы отмечаем время? В какой-то мере приблизился к ответу наш соотечественник известный ученый-физиолог И. П. Павлов: головной мозг за день получает раздражение, утомляется, затем восстанавливается. Пищеварительный канал периодически то занят пищей, то освобождается от нее. И так как каждое состояние может отражаться на больших полушариях, то вот и основание, чтобы отличить один момент от другого. Действительно, чудо природы — мозг человека — способен отражать события, длящиеся от тысячной доли секунды до десятков лет. И только поражение определенных его областей стирает следы прошлого, дезориентирует в событиях настоящего и лишает нас возможности планировать будущее.
Как же работают наши внутренние часы , хотя бы на протяжении суток? Вот их ход:
1 час ночи . Мы спим уже около трех часов, пройдя через все фазы сна. Около часа ночи наступает легкая фаза сна, мы можем пробудиться. В это время мы особенно чувствительны к боли.
2 часа ночи . Большинство наших органов работают в экономичном режиме. Трудится только печень. Она использует эти спокойные минуты, чтобы интенсивнее переработать необходимые нам вещества. И прежде всего те, которые удаляют из организма все яды. Организм подвергается своего рода «большой стирке». Если вы не спите в это время, не следует пить кофе, чай и особенно спиртное. Лучше всего выпить стакан воды или молока.
3 часа ночи . Тело отдыхает, физически мы полностью истощены. Если вам приходится бодрствовать, постарайтесь не рассеиваться, а сосредоточьтесь полностью над работой, которую необходимо закончить. В это время у нас самое низкое давление, редкий пульс и медленное дыхание.
4 часа ночи . По-прежнему сохраняется низкое давление. Мозг снабжается минимальным количеством крови. В этот час чаще всего умирают люди. Организм работает на малых оборотах, но слух обостряется. Мы пробуждаемся от малейшего шума.
5 часов утра . Мы сменили уже несколько фаз сна: фазу легкого сна и сновидения и фазу глубокого сна без сновидений. Встающий в это время быстро приходит в бодрое состояние.
6 часов утра . Начинает повышаться давление, учащается пульс. Даже если мы хотим спать, наш организм уже пробудился.
7 часов утра . В это время резко возрастает иммунологическая защита организма. Шанс заражения при контакте с вирусами минимальный.
8 часов утра . Мы отдохнули. Печень полностью освободила наш организм от ядовитых веществ. В этот час нельзя принимать алкоголь — на печень обрушится большая нагрузка.
9 часов утра . Повышается психическая активность, уменьшается чувствительность к боли. Сердце работает на полную мощность.
10 часов дня . Наша активность повышается. Мы в лучшей форме. Появилось желание своротить горы. Такой энтузиазм сохранится до обеда. Любая работа по плечу. Не растрачивайте зря это время на пустые разговоры с друзьями за чашкой кофе. Не распыляйте свою работоспособность, потом уже она в таком виде не проявится.
11 часов . Сердце продолжает работать ритмично в гармонии с психической активностью. Большие нагрузки почти не ощущаются.
12 часов . Наступает первый спад активности. Падает физическая и умственная работоспособность. Чувствуется усталость, нужен отдых. В эти часы печень «отдыхает», в кровь поступает немного гликогена.
13 часов . Кривая энергии опускается. Это, пожалуй, самая низкая точка в 24-часовом цикле. Реакции замедляются. Наступает время обеденного перерыва.
14 часов . Усталость проходит. Наступает улучшение. Работоспособность повышается.
15 часов . Обостряются органы чувств, особенно обоняние и вкус. Гурманы в это время предпочитают садиться за стол. Мы входим в рабочую норму.
16 часов . Уровень сахара в крови повышается. Некоторые врачи это состояние называют послеобеденным диабетом. Однако, такое отклонение от нормы не свидетельствует о заболевании.
17 часов . Сохраняется высокая работоспособность. Активно, с удвоенной энергией тренируются спортсмены. Время занятий на свежем воздухе.
18 часов . У людей понижается чувствительность к боли. Усиливается желание больше двигаться. Психическая бодрость постепенно снижается.
Сохранность хода биологических часов — важный элемент долгожительства. Ритмичность — вот что продлевает жизнь. Еще 200 лет назад немецкий врач Хуфелянд, даже не подозревавший о хронобиологии, писал, что главным является не время, когда человек ложится спать, а регулярность, то есть надо постоянно ложиться в один и тот же час. Для современного же человека главное не длительность сна, а его качество — сон должен быть глубоким и спокойным.
Биологические ритмы , как показывают исследования, оказывают существенное влияние на процесс творчества. Так, анализируя музыкальный ритм произведений классиков, ученые пришли к выводу, что музыкальные темы менялись с частотой: у Чайковского — в три секунды, у Бетховена — в пять, у Моцарта — в семь. Если проанализировать взаимосвязь между музыкальным ритмом и памятью на музыку и биологическими ритмами организма, то окажется, что нам нравится и мы легко запоминаем те музыкальные мелодии, ритм которых в наибольшей степени соответствует нашему биологическому ритму. Следовательно, биоритмы являются как бы внутренними камертонами воспринимаемой музыки, и если они совпадают, то человек с удовольствием слушает ее.
В настоящее время на некоторых производствах, особенно при монотонной работе, широко используется музыка. Психологи считают, что это способствует производительности труда и снимает усталость. Музыка дает хороший эффект и при лечении бессонницы и нервно-психических болезней. Знание и учет биологических ритмов важны при организации профилактических и лечебных мероприятий.
