Биологические ритмы человека
Биологические ритмы в живой природе
Каждую весну распускается зеленая листва, каждую зиму выпадает снег. С восходом солнца растения раскрывают свои цветы, первый луч падает на зеленый лист и запускает процессы фотосинтеза. Перелетные птицы осенью собираются в теплые края, белка запасает спелые орехи, а медведь и еж ищут укрытие поудобнее, чтобы пережить неблагоприятное холодное и голодное зимнее время.
Изучая поведение животных в природе, внимательный наблюдатель замечает, что птицы начинают готовиться к перелету с первыми признаками приближающейся осени. Хозяин таежных лесов медведь начинает искать место для спячки еще до того, как ударят первые морозы и снегопады заметут лесные тропы.
И горе тому животному, которое не успеет до холодов. Без помощи человека оно обречено на гибель, как Серая шейка в одноименной детской сказке. Медведь, поднятый среди зимы из берлоги, получает прозвище медведь-шатун. Злой, голодный, ходит по лесу, нагоняя страх на охотников, но и он обречен на мучительную гибель от голода. Мясом такого погибшего зверя брезгуют даже падальщики.
Можно заметить, что еще до появления первых признаков смены сезона, поведение животных меняется. И это не зря. Таким образом природа позволяет живым организмам заблаговременно подготовиться к грядущим переменам в природе и предупредить стресс, связанный с перестройкой сложных биохимических процессов и физиологических функций во время действия неблагоприятного фактора с помощью биологических ритмов организма.
Определение понятия биоритмы
Биоритмы — сформированная в ходе эволюции модель приспособления, проявляющаяся в виде повторяющихся изменений характера и степени выраженности биохимических и физиологических реакций, характеризующая способность живых существ выживать в периодически изменяющихся условиях среды.
Способность организма изменять процессы жизнедеятельности под влиянием условий внешней среды генетически обусловлена и характерна всем живущим организмам. Она характерна не только отдельным клеткам, но и целым популяциям.
Биологические ритмы организма человека сформировались за миллионы лет эволюции и определяются движением планеты Земля.
Влияние этого ритмического рисунка накладывается на всех обитателей (растения, домашние и дикие животные, многоклеточные и одноклеточные организмы) на нашей удивительной планете. И человек – не исключение. Испокон веков он живет в сложной системе биоритмов, от изменяющихся за несколько секунд молекулярных, происходящих в живой клетке и обеспечивающих процессы энергетического обмена, до длительных годовых, связанных с движением Земли вокруг Солнца.
Хронобиология
Исследование ритмических колебаний биохимических и физиологических процессов в живых организмах в зависимости от суточных, годовых, либо лунных циклов продолжаются со Средневековья до наших дней. Прорывом в исследованиях стали опыты Е.А. Форсгрена, шведского физиолога, который в уникальных опытах на лабораторных кроликах выявил суточные колебания в клетках печени уровня гликогена — сложного полисахарида, участвующего в энергетическом обмене.
Лишь в 1960 году на симпозиуме в Cold Spring Harbor Laboratory, после того, как доклады исследователей, представляющих различные отрасли науки, были заслушаны, выяснилось, что ученые из разных областей физиологии, биологии, генетики, биохимии описывали одни и те же феномены, связанные с изменением активности процессов во времени, и приняли решение выделить хронобиологию как отдельную науку.
Исследование биохимических процессов продолжается. В настоящее время ученые выделяют около 300 различных биохимических и физиологических процессов в организме человека, активность которых изменяется на протяжении времени и регулярно чередуется, имея свои минимумы и максимумы значений.
Классификация биоритмов
Согласно классификации советских ученых-медиков Н.И. Моисеевой и В.Н. Сысуева (1961), в зависимости от периода — промежутка времени между двумя максимальными или минимальными значениями — биологические ритмы делятся на:
Высокочастотные ритмы длятся от миллисекунды до получаса. К этой категории относятся сердечные сокращения, дыхательные движения, волны перистальтики в кишечнике. Медицинская аппаратура позволяет зафиксировать ритмы и получить сведения о функции различных систем человеческого организма. Электроэнцефалография регистрирует периодическую активность головного мозга, электромиография — мышечную активность, электрокардиография — сердечные сокращения, и данные используются не только в научных целях, но и для диагностики патологии.
К среднечастотным относятся биоритмы с продолжительностью от 30 минут до 6 дней. В эту группу входят циркадианные или циркадные (суточные) ритмы: повышение температуры тела к восемнадцати часам и снижение до минимума к полуночи, цикл «сон-бодрствование», о котором подробно рассказано на странице 22 учебника «Биология 10 класс» под редакцией В.И.Сивоглазова. Изменения некоторых показателей можно зафиксировать при суточном исследовании — холтеровском мониторировании ЭКГ или артериального давления. И такие исследования широко применяются в медицине для подбора необходимого лечения.
В группу низкочастотных ритмов относят колебания с периодичностью от 28 часов до десятилетий. В данный раздел входят менструальный цикл у женщин, а также годовые ритмы. Так, зимой по сравнению с летом, снижается в крови содержание сахара, увеличивается количество АТФ и холестерина.
Ранее считали, что как таковых, недельных ритмов у живых организмов нет, а деление на недели пошло от чередований фаз луны еще со времен Древнего Вавилона. И только в последнее время, когда биохимия сделала гигантский шаг вперед, и появилась возможность определить концентрацию биологически активных веществ не только в крови, но и в моче, ученые выявили колебания гормональных показателей, выделяемых надпочечниками, с примерным семидневным циклом.
В ходе астрономических наблюдений установлено, что за время оборота Солнца вокруг своей оси, который составляет двадцать семь суток, регистрируются различные значения магнитного поля между планетами Солнечной системы. Положение Земли изменяется с периодичностью в 6,75 суток. Планета оказывается в разнообразных секторах солнечного магнитного поля, что вызывает изменения планетарного геомагнитного поля, которое влияет на климатические условия, а также жизнедеятельность живых организмов.
В последние десятилетия ритмы современной жизни с ночными клубами, предприятиями, работающими круглосуточно, путешествиями на другую сторону земного шара значительно влияют на биологические ритмы человека. Учитывая влияние социальной жизни на физиологию человека, выделяют:
Физиологические биоритмы — непрекращающаяся работа биохимических процессов в каждой клетке организма, для обеспечения чередования циклов вдоха-выдоха, непрерывного сокращения сердца, для бесперебойной работы системы кровообращения и других систем. Они обеспечивают жизнедеятельность организма независимо от условий среды обитания. Способность физиологических ритмов к изменениям обеспечивает адаптационный резерв человека к существованию в экстремальных условиях от архипелагов Арктики до жаркой пустыни Каракум.
Вращение Луны вокруг нашей голубой планеты, и Земли вокруг Солнца приводит к смене сезонов года в окружающей природе и формированию геофизических биоритмов, которые обеспечивают перестройку физиологических биоритмов под сезонные климатические изменения.
Социальные биоритмы формируются под влиянием условий жизни, принятых в обществе, где человек обитает: сменная работа, чередование труда и пассивного отдыха, активная клубная жизнь у молодежи или приверженность ЗОЖ. Через некоторое время стабильных чередований физических нагрузок, труда и отдыха у человека формируются автоматические колебания, близкие к его обычному циклу труд-отдых. Наличие социальных биоритмов подтверждает высокую способность человека адаптироваться к окружающей его среде.
Подводя итоги, отметим, что к сегодняшнему дню хронобиология достигла определенных успехов и позволила сделать ряд выводов, касающихся живой природы:
Исследования биоритмов не прекращаются, и в 2017 году группа ученых из США получили Нобелевскую премию за открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадными ритмами.
Адаптивные биологические ритмы и характеристика основных биологических ритмов
Важное свойство, которым обладает географическая оболочка нашей планеты — ритмичность. Что такое ритмичность в биологии?
Понятие адаптивных биологических ритмов
Ритмичность в биологии — это процесс повторения явлений в определенное время.
Будучи одной из составляющих географической оболочки, биосфера также подвержена ритмичности. Жизнедеятельность организмов на планете во многом зависит от движения тел Солнечной системы, изменений температуры, влажности и освещенности. На все эти изменения живые организмы реагируют.
На случай периодических изменений интенсивности экологических факторов у организмов есть специальные приспособленческие реакции — это адаптивные биологические ритмы.
Адаптивные биологические ритмы в зависимости от длительности причин возникновения делятся на:
Такое явление как «биологические часы» непосредственно связано с биологическими адаптивными ритмами.
Биологические часы — способность живых организмов выдавать реакцию на течение времени.
С помощью этого явления живые организмы могут согласовывать свои физиологические ритмы с изменениями, происходящими в окружающей среде.
Характеристика биологических ритмов
Рассмотрим подробнее каждый из вариантов биологических ритмов.
Суточные ритмы
Планета Земля вращается вокруг своей оси — полный оборот она совершает за 24 часа. В результате, в течение суток два раза меняется освещенность, которая становится причиной температурных колебаний, изменения влажности и атмосферного давления. Все это непосредственно влияет на активность живых организмов.
Солнечный свет очень важен для жизнедеятельности: он задает периодичность процессов фотосинтеза, транспирации, времени, когда будут раскрываться и закрываться цветки у растений. Животных изменения освещенности тоже затрагивают: смена дня и ночи влияет на особенности их физиологических процессов. Отсюда условное деление всех животных на ночных и дневных.
Однако в случае изменения условий среды, меняется и суточная активность живых организмов.
В жарких пустынях, когда температура днем достигает максимума, а влажность — минимума, дневные животные проявляют свою активность ночью.
Суточные ритмы связаны и с человеком, который также является частью природы. Интенсивность более ста его жизненных функций определяется временем суток.
Приливно-отливные ритмы
Приливно-отливные ритмы — результат взаимодействий Земли и Луны. Наиболее полно и явно они наблюдаются у обитателей прибрежных участков Мирового океана (такие участки называются литорали).
В течение лунных суток — они длятся 24 часа и 50 минут — прилив и отлив происходят по два раза. Такая смена природных условий заставляет организмы к ней приспосабливаться. Каждый организм приспосабливается по-своему:
Приливно-отливные ритмы определяют размножение рыб атерин-грунион. Нерест осуществляется только тогда, когда Луна находится в определенной фазе.
Сезонные ритмы
Сезонные ритмы — результат вращения Земли вокруг Солнца. Это вращение приводит к изменению климата на планете. Сезонные ритмы определяют такие процессы как размножение, развитие, жизненные циклы, линька, спячка, миграция, состояние покоя и период вегетации у растений, а также многое другое.
Многолетние циклы
Многолетние циклы — результат изменения солнечной активности и взаимодействия небесных тел Солнечной системы.
Массовое размножение перелетной саранчи в отдельные годы — яркий пример многолетних циклов.
Также пример многолетних циклов — периодическое отклонение холодного перуанского течения у берегов Южной Америки. Это явление называется Эль-Ниньо, и происходит оно раз в 11-12 лет.
Фотопериодизм
Длительность светового дня — важное условие существования и жизни всех организмов, а также самый стабильный экологический фактор.
Фотопериодизм — комплекс наследственных реакций живого организма на то, как изменяется световой период суток.
Это свойство встречается у всех организмов. Однако наиболее ярко проявляется у тех, что живут в условиях, когда сезонные изменения среды происходят резко.
Изменение длительности светового дня у растений проявляется тем, что они меняют интенсивность синтеза фитогормонов. За счет этого регулируется рост и развитие растения.
Фотопериодизм очень ярко проявляется у перелетных птиц: сокращение светового дня является сигналом для миграции.
1.2 Сущность жизни и свойства живого
Вопрос 1. Что такое жизнь? Попытайтесь дать свое определение.
Жизнь — это активное поддержание и воспроизведение определенной структуры, которая обязательно включает белки, нуклеиновые кислоты и представляет собой открытую систему. Понятие открытой системы, в свою очередь, означает способность к обмену веществами и энергией с окружающей средой. Важнейший признак живых систем — использование внешних источников энергии в виде пищи, солнечного света и др. (см. также ответ на вопрос 1 к 2.10).
Вопрос 2. Перечислите основные свойства живой материи.
Выделяют следующие основные свойства живой материи:
единство элементного химического состава;
единство биохимического состава;
единство структурной организации;
дискретность и целостность;
обмен веществ и энергии;
способность к саморегуляции;
открытость;
размножение;
наследственность и изменчивость;
рост и развитие;
раздражимость и движение;
ритмичность.Вопрос 3. Объясните, в чем, по вашему мнению, заключаются принципиальные различия обмена веществами в неживой природе и у живых организмов.
В отличие от неживой природы, живые организмы способны накапливать необходимые вещества, а также энергию в форме особых химических соединений (АТФ). Кроме того, живые организмы способны трансформировать химические вещества и превращать простые соединения в более сложные при помощи ферментов (часто с затратой энергии). Так, например, из мономера глюкозы синтезируются полимеры крахмал, гликоген, целлюлоза. Живые организмы обладают способностью копировать наследственный материал. Такое копирование тоже является примером преобразования простых веществ (отдельных нуклеотидов) в более сложные (нуклеиновые кислоты). Специальный комплекс ферментов способен создать новую полинуклеотидную цепь по образцу материнской.
Вопрос 4. Каким образом связаны наследственность, изменчивость и репродукция в обеспечении жизни на Земле?
Способность живых организмов к репродукции (размножению) обеспечивает непрерывность жизни на Земле и преемственность поколений. Воспроизведение базируется на реакциях матричного синтеза, идущих на основе молекул ДНК. Постоянство строения ДНК обеспечивает наследственность — способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Изменчивость — это свойство, противоположное наследственности. Она определяется как способность организмов существовать в различных формах, меняя свои признаки. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, который приводит к возникновению новых проявлений жизни и новых биологических видов.
Вопрос 5. Дайте определение понятия «развитие». Какие формы развития вы знаете?
Развитие — это изменение строения и физиологии организма с течением времени. Принято выделять две основные формы развития — онтогенез и филогенез.
Онтогенез (индивидуальное развитие) — это развитие живого организма от зарождения до момента смерти. Обычно онтогенез сопровождается ростом.
Филогенез (историческое развитие) — необратимо направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и, как правило, прогрессивным усложнением жизни.
Вопрос 6. Что такое раздражимость? Каково значение избирательной реакции организмов для их приспособления к условиям существования?
Раздражимость — это способность организма реагировать на внешние воздействия и изменения собственной внутренней среды. Ответную реакция организма на раздражения, осуществляемую при участии нервной системы, называют рефлексом. Простейшие примеры рефлексов: гидра втягивает щупальца в ответ на прикосновение или сильное движение воды; человек отдергивает руку, дотронувшись до горячей поверхности; птенцы открывают клювы при появлении родителя на краю гнезда. Избирательность означает способность определенным образом реагировать на определенные стимулы. Она является необходимым свойством всякого нормального поведения. В результате в одних условиях организмы реализуют пищевые рефлексы, а в других — брачное, родительское, оборонительное и многие другие типы поведения.
Вопрос 7. В чем значение ритмичности процессов жизнедеятельности?
Биологические ритмы направлены на приспособление организмов к меняющимся условиям существования. В качестве основных можно выделить суточные и сезонные ритмы. К суточным относят циклические изменения сна и бодрствования, гормонального фона, интенсивности работы внутренних органов. Примерами сезонных ритмических процессов служат зимняя спячка, миграции птиц и рыб, размножение (брачные игры, постройка гнезда, воспитание потомства), линька — смена шерсти или перьев, цветение, плодоношение и листопад у растений (см. также ответ на вопрос 2 к 5.4).
Ритмичность протекания процессов жизнедеятельности в живых организмах – биоритмы.
Наука, занимающаяся изучением биоритмов, называется хронобиология.
I. По частоте возникновения ритма:
– ритмы высокой частоты (от долей секунды до 30 минут),
– ритмы средней частоты (30 минут – 28 часов),
– мезоритмы (28 часов – 6 дней),
– макроритмы (20дней – 1 год),
– мегаритмы (10 лет – несколько десятков лет).
II. По уровню организации биосистемы:
– клеточные (химические реакции),
III. С точки зрения взаимодействия организма с окружающей средой:
а) физиологические (рабочие) – колебания, отражающие деятельность отдельных систем организма (сокращение сердца, дыхание, перистальтика и т.п.),
б) адаптивные (собственно биоритмы) – колебания с периодами, близкими к основным геофизическим циклам, направлены на приспособление к периодически изменяющимся условиям среды.
Адаптивные биоритмы
· суточные;
· лунные;
· годичные (сезонные);
· приливно-отливные;
· солнечные.
Суточные биоритмы
Наиболее хорошо изучены. Наблюдаются у всех живых организмов – от простейших до человека. Они обусловлены сменой дня и ночи (вращение Земли вокруг своей оси). Многие суточные ритмы закрепились в генотипе, передаются по наследству и носят название циркадных биоритмов (circa – около, dies – день – околодневные, продолжительность их периода колеблется в пределах 20-28 часов).
Примеры циркадных ритмов:
– температура тела: максимальная – в 18 часов, минимальная – в 1-5 часов утра;
– артериальное давление: максимальное – днем, минимальное – ночью;
– интенсивность деления клеток красного костного мозга: максимальная – в 5.00, минимальная – ночью;
– количество эритроцитов: максимальное – утром, минимальное – ночью;
– свертываемость крови: максимальная – днем;
– работоспособность: максимальная – в 5-6 часов, 10-12 часов, 16-18 часов.
Всего у человека подвержено суточным колебаниям более 300 функций. Для обнаружения циркадных ритмов животных и человека заключают в изолированные камеры, где отсутствует естественная смена дня и ночи. Если в этих условиях параметры изменяются, значит, это циркадный ритм. Циркадные ритмы могут перестраиваться. У одних людей перестройка идет быстро – 1-2 суток, у других – 1-2 недели.
Лунные биоритмы
Длительность лунного цикла составляет 28 суток. Эти биоритмы наиболее выражены у обитателей морей и океанов. Закрепились в генотипе и передаются по наследству. Приурочены преимущественно к фазам луны. Так, периоды нереста у морских кольчатых червей и роения у некровососущих комаров совпадают с определенными фазами лунного цикла. В качестве примеров лунных биоритмов у человека можно отметить изменение длительности свертывания крови и менструальный цикл у женщин (адаптивное значение не установлено).
Годичные (сезонные) ритмы
Обусловлены вращением Земли вокруг Солнца. Размножение, рост, линька, миграции, перелеты птиц – связаны с временами года. Многие из них передаются по наследству. Годичные ритмы, закрепившиеся в генотипе, называются цирканными (circa – около, annus – год).
У человека колеблются в течение года:
– теплоотдача с поверхности тела: зимой снижается, летом повышается;
– энергообмен: зимой – выше, летом – ниже;
– рост: летом интенсивнее;
– биохимические показатели крови меняются;
– половая активность у мужчин: снижается к концу зимы;
– показатели иммунитета: максимальные – зимой, минимальные – летом;
– частота сердечных сокращений;
– хронические заболевания – обостряются весной и осенью.
Приливно-отливные ритмы
Характерны для организмов, обитающих в прибрежной зоне морей и океанов. За сутки наблюдается два прилива и два отлива. Дважды в месяц приливы достигают максимальной величины – сигизийные приливы. Рыбка атерина у берегов Калифорнии откладывает икру в сигизийный прилив в мокрый песок, а ровно через полмесяца в следующий сигизийный прилив из икринок выходят мальки, которые уносятся с водой. Двустворчатые моллюски в аквариуме будут открывать и закрывать створки в соответствии с приливом и отливом.
Солнечные ритмы
Обусловлены изменением солнечной активности. Различают три вида солнечных ритмов:
– продолжительность периода – 11,1 года;
– продолжительность периода – 80-90 лет;
– продолжительность периода – 600-800 лет.
В период повышения солнечной активности изменяются магнитное поле Земли и ионосфера, что сказывается на жизнедеятельности живых организмов. Установлена связь между распространением некоторых инфекционных болезней и уровнем солнечной радиации. В периоды повышения солнечной активности отмечается рост психических заболеваний и инфаркта миокарда. Наряду с этим обнаружена прямая зависимость между творческой активностью писателей, композиторов и уровнем солнечной активности.
Регуляция биоритмов
В регуляции околосуточных и годичных ритмов ведущая роль принадлежит эпифизу. Он вырабатывает гормон мелатонин, который оказывает влияние как на другие эндокринные железы, так и на структуры мозга.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Урок экологии в 10-м классе «Биологические ритмы и биологические часы»
Разделы: Экология
Оборудование: компьютерная презентация, карточки с тестовыми заданиями.
Тип урока: комбинированный.
Методы: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, практический.
Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.
I. Организационный момент
II. Проверка домашнего задания
III. Изучение новой темы
Рассказ учителя с элементами беседы с использованием компьютерной презентации (Приложение 1).
Жизнь на Земле развивалась в условиях регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из-за вращения планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. Ритмика внешней среды создает периодичность, то есть повторяемость условий в жизни большинства видов. Регулярно повторяются как критические, трудные для выживания периоды, так и благоприятные. Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается у живых существ не только непосредственной реакцией на изменяющиеся факторы, но и в наследственно закрепленных внутренних ритмах.
Ритмичность – основное свойство живой природы. Периодически повторяющиеся изменения активности присущи всем живым организмам. Они носят название «биологические ритмы».
Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения активности процессов жизнедеятельности организмов.
Различают суточные и годовые ритмы активности живых организмов. А для обитателей побережий морей и океанов, где наблюдаются такие явления как прилив и отлив, характерны приливно-отливные ритмы. Исключение составляют бактерии и вирусы, наличие ритмов у которых пока не доказано.
Суточные ритмы – ритмы, которые приспосабливают организмы к смене дня и ночи.
Причиной суточных ритмов является вращение Земли вокруг своей оси.
Суточные ритмы обнаружены как у многоклеточных, так и у одноклеточных организмов. У растений интенсивный рост, распускание цветков, закрывание и открывание устьиц приурочены к определенному времени суток. Наблюдаются ритмы и в протекании процессов дыхания и фотосинтеза, что проявляется в их усилении или ослаблении.
У животных сильно меняется активность в течение суток. По этому признаку различают дневных и ночных животных. Проявляются суточные ритмы в чередовании сна и бодрствования, изменении двигательной активности, частоты пульса, температуры тела.
У человека обнаружено около 100 периодически повторяющихся процессов. Например, в течение суток максимальная масса тела отмечается в 18–19 часов, температура тела – в 16 – 18 часов, частота дыхания – в 13 – 16 часов, частота сердечных сокращений – в 15 – 16 часов, даже кожа более чувствительна к косметическим процедурам в светлое время суток.
Вопрос: Как вы думаете, у всех ли организмов проявляются суточные ритмы?
Примерный ответ: Суточные ритмы проявляются не у всех видов, а только у тех, в жизни которых смена дня и ночи играет важную экологическую роль. Обитатели пещер и глубоких вод, где нет смены дня и ночи, живут по другим ритмам.
Среди наземных позвоночных и беспозвоночных суточная периодичность также выявляется не у всех. Например, землеройки сменяют активность и отдых каждые
15–20 минут, невзирая на день и ночь. У этих животных обмен веществ протекает очень быстро, поэтому они вынуждены питаться круглосуточно.
Периодичность передается по наследству. Нарушения суточной ритмики организма в условиях ночной работы, подводного плавания, космических полетов другие представляют серьезную медицинскую проблему.
Годовые ритмы – это ритмы, которые приспосабливают организмы к сезонной смене условий.
Причина: движение Земли вокруг Солнца.
При годовом движении Земли по орбите вокруг Солнца на нашей планете происходит смена времен года: зимы, весны, лета и осени.
В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс – размножение и выращивание молодняка – приходится на самый благоприятный период. На этот же период приходится цветение растений, созревание плодов и семян (вегетационный период).
Эта периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная, то есть проявляется как внутренний годовой ритм.
Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна.
Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через целый ряд поколений.
Задолго до наступления неблагоприятных периодов у организмов начинается длительный процесс подготовки. У организмов много приспособлений к сезонному ритму внешних условий. Задолго до наступления зимы у растений опадают листья, созревают плоды и семена. Одни животные становятся малоподвижными и впадают в оцепенение, другие готовятся к активной жизни в суровые холода, третьи уходят от неблагоприятных условий.
Резкие кратковременные изменения погоды (заморозки летом или зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных.
Таким образом, главным фактором, на который реагируют организмы в годовых циклах, является не случайное изменение погоды, а изменение долготы дня. Это единственный астрономический сигнал наступления нового сезона.
Фотопериод – соотношение светлого и темного времени суток.
Длина светового дня закономерно изменяется в течение года. Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, а если удлиняется – к активному росту и размножению.
Фотопериодизм – способность организмов реагировать на изменение длины светового дня.
Длина дня оказывает влияние на скорость и интенсивность процессов жизнедеятельности. Например, хризантема зацветает лишь осенью, когда длина дня уменьшается от 12 до 6 часов. У бабочек при уменьшении длины дня замедляется развитие яиц и личинок.
У людей помимо гормональных были обнаружены изменения в обмене веществ, температурной регуляции, кровообращении, кроветворении.
Внешними воздействующими факторами являются для человека продолжительность и интенсивность освещения, фотохимические раздражители изменяющегося ультрафиолетового излучения и температурные колебания.
Так, например, весной люди наиболее восприимчивы к заболеваниям, возникают душевные кризисы, которые выражаются в учащении самоубийств, преступлений и душевных расстройств. Статистика показывает, что весной возникает стремление к более активной физической деятельности (психосоматический рост), в то время как способность к обучению, внимательность и тщательность ухудшаются.
Кризис возникает и осенью, правда, менее выраженный: человек становится более уравновешенным, ограничивается своим домашним «гнездышком», в большой степени становится, склонен к духовной, нежели к физической активности.
Ученые считают, что растения определяют изменение длины светового дня при помощи листьев, а животные и человек – при помощи особого отдела головного мозга.
Человек может использовать знания о биологических ритмах в практической деятельности. Например, при выращивании овощей и фруктов, для повышения яйценоскости кур, благодаря искусственному увеличению длины дня, можно достичь больших результатов.
Приливно-отливные ритмы – ритмы, которые характерны для обитателей прибрежной зоны морей и океанов.
Это самая сложная ритмика в жизни живых организмов. Так у берегов Атлантического океана вода поднимается и спадает дважды в сутки с периодом 12,4 часа (это ровно половина лунного периода). Следовательно, точное время приливов постоянно сдвигается.
Жизнь в приливно-отливной зоне представлена большим многообразием видов. На время отливов моллюски плотно сжимают раковины, рачки прячутся в песок или под мокрые водоросли. Сложность, в данном случае, заключается еще и в том, что на жизнь этих организмов влияет также и суточная периодичность. Рачки и крабы во время дневных приливов ведут себя активнее, чем во время ночных приливов.
Рыба грунион, обитающая у калифорнийского побережья, откладывает свою икру на песчаном пляже во время новолунных или полнолунных приливов, которая развивается там в течение 14 дней до следующего прилива и затем снова попадает в воду.
Таким образом, биологические ритмы приспосабливают организмы к циклическим изменениям во внешней среде.
За точность работы биологические ритмы называют биологическими часами.
Биологические часы – способность живых организмов ориентироваться во времени.
Хронобиология – наука, изучающая вопросы, связанные с регуляцией ритмов человека внешними условиями.
Большинство людей в течение суток имеют два пика работоспособности – первый с 8 до 12, второй – с 17 до 19 часов. Наиболее слабым человек оказывается с 2 до 5 часов, с 13 до 15 часов. Но есть и исключения.
Всех людей можно разделить на две категории: «совы» и «жаворонки».
«Совы» – категория людей, у которых время наибольшей творческой продуктивности приходится на ночные или вечерние часы.
«Жаворонки» – категория людей, которые чувствуют себя работоспособными и бодрыми в первой половине дня. Они рано просыпаются и рано ложатся спать.
Как показали исследования, «сов» и «жаворонков» примерно одинаковое количество – по 25 %. А 50 % людей не имеют четко выраженных пиков работоспособности в утреннее и вечернее время.
Попробуйте определить, к какой категории относитесь вы.
Нарушение установившихся ритмов может снижать работоспособность, оказывать неблагоприятные воздействия на человека. При передвижении в другие часовые пояса, нарушаются регуляции процессов жизнедеятельности, и необходимо от 2 дней до 2 недель, чтобы произошла синхронизация внутренних часов организма с местным временем. А кто из вас ощущает на себе переход на летнее и зимнее время, когда осенью и весной мы переводим часы?
Это еще раз подтверждает существование биологических ритмов у человека.
IV. Закрепление
V. Итоги урока (подводят учащиеся).
VI. Домашнее задание: п. 7, задание № 3 с. 58 (письменно), проработать темы для дискуссий (с. 58).
