Экологическое значение биоритмов для живых организмов

Понятие суточного ритма  относится строго к 24-часовому. Этот ритм связан с вращением Земли  вокруг своей оси. Понятия "дневной" и "ночной" нельзя применять в  сочетании со словом "ритм", так  как они относятся к конкретным частям суток, а не определяют длину  периода. В англоязычной литературе слова, аналогичного русскому "сутки", нет, поэтому для 24-часового ритма  применяют искусственный термин dian (rhythm), а для отрезков суток - diurnal и nocturnal.

Биоритмы человека с периодами  короче циркадианных назвали ультрадианными, а длиннее - инфрадианными.

2. Ультрадианные ритмы - околочасовые. Это короткие ритмы, границы которых точно не установлены. Были открыты более 30 лет тому назад (Brodsky V., 1975, 1992; Бродский В.Я., Нечаева Н.В., Новикова Н.Т., 1994). Ультрадианные ритмы известны для многих свойств клетки: синтеза белка и его этапов, секреции, аксоплазматического тока, активности ферментов (изучено около 20 в разных клетках), концентрации АТФ и других аденилатов, включая цАМФ, полиаминов, дыхания клеток, рН цитоплазмы и др. Они найдены у бактерий, одноклеточных и в клетках различных беспозвоночных и позвоночных животных, а также у растений. Известны органные околочасовые ритмы. У позвоночных, например, это интегральные ритмы дыхания, частоты сердечных сокращений, температуры тела, активности мозга, концентрации гормонов в крови (около 10 примеров разных гормонов у различных животных и человека). Ритмы активности пищеварительной системы также имеют четкие околочасовые составляющие: таков ритм синтеза и выделения слюны, секреции ферментов поджелудочной железы, желчи, сокращений желудка и кишечника (Lloyd A., Rossi E., 1992).
3. Инфрадианные ритмы - с периодом более 24 часов. Среди них выделяют:
• циркасептанные ритмы - с периодом 7 ± 3 сут
• циркадисептанные - 14 ± 3 сут
• циркавигинтанные - 21 ± 3 сут
• циркатригинтанные - 30 ± 5 сут
• цирканнуальные ритмы - 1 год ± 2 мес

Ритмы с такими периодами  реально выявлены в ходе систематических  исследований [Нalberg F., Engeli М. еt аl., 1965].

Цирканнуальные (окологодичные) ритмы - одни из наиболее универсальных в живой природе. Закономерные изменения физических условий в течение года обусловили множество разнообразных адаптаций в эволюции видов. Наиболее важные из них, например фотопериодизм, связаны с размножением (гнездование птиц, нерест рыб, закономерность и последовательность этапов онтогенеза насекомых и др.); ростом (периодичность роста растений); миграциями (птицы, рыбы); успешным переживанием неблагоприятных периодов года (диапаузы насекомых, зимние либо летние спячки, запасание жиров и т. п.).

Поскольку в основе классификаций  положена именно длина периода, очевидны неоправданность и необоснованность термина "сезонные ритмы", который, к сожалению, распространен. Сезон  соответствует 3 мес, существование таких ритмов не доказано; имея в виду различия активности процессов весной, летом, осенью и зимой, правильнее говорить о сезонных проявлениях окологодового, или цирканнуального, ритма.

Кроме перечисленных ритмов по длине периода различают 

4. Циркалунарный ритм (лунно-суточный - 24,8 ч) типичен для большинства животных и растений прибрежной морской зоны и проявляется совместно с солнечно-суточным ритмом в колебаниях двигательной активности, периодичности открывания створок моллюсков, вертикальном распределении в толще воды мелких морских животных и т.п. Солнечно- и лунно-суточный ритмы, так же как и звёздно-суточный (23,9 ч), имеют большое значение в навигации животных (например, перелётных птиц, многих насекомых), "использующих" астрономические ориентиры.
5. Лунно-месячный ритм (29,4 сут) соответствует периодичности изменения уровня морских приливов и проявляется в ритмичности вылупления из куколок насекомых в прибрежной зоне, в цикле размножения червя палоло, некоторых водорослей и многих других животных и растений. Близок лунно-месячному ритму и менструальный цикл женщин.

Авторские классификации  биоритмов по длине периода

Классификация F. Hallberg (1969 г.) - по частотам колебаний, т.е. по величине, обратной длине периодов ритмов. F. Hallberg разделил ритмы по зонам:

1. Высокочастотная зона - ультрадианные ритмы (длина периода до 20 ч);
2. Среднечастотная зона – циркадные ритмы (длина периода 20-28 ч), инфрадианные ритмы (28-72 ч);
3. Низкочастотная зона – циркасептанные (длина периода 7 ± 3 суток), циркадисептанные (14 ± 3 суток), циркавигинтанные (20 ± 3 суток), циркатригинтанные (30 ± 3 суток), цирканнуальные ритмы (12 ± 2 месяцев)

Классификация Н.И. Моисеевой и В.Н. Сысуева (1961)

1. Ритмы высокой частоты: от доли секунды до 30 мин (ритмы протекают на молекулярном уровне, проявляются на ЭЭГ, ЭКГ, регистрируются при дыхании, перистальтике кишечника и др.).
2. Ритмы средней частоты (от 30 мин до 28 ч, включая ультрадианные и циркадные продолжительностью до 20 ч и 20 - 23 ч соответственно).
3. Мезоритмы (инфрадианные и циркасептанные - около 7 сут; продолжительностью 28 ч и 6 дней соответственно).
4. Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года.
5. Мегаритмы с периодом 10 лет и более.

Многие авторы выделяют также  ритмы по уровню организации биосистем (клеточные, органные, организменные, популяционные), по форме колебаний (импульсные, синусоидальные, релаксационные, смешанные), по зависимости  от экзогенных колебаний (солнечно-суточные, лунно-суточные, лунно-месячные, годичные и т.д.). Например, классификация биоритмов Ю. Ашоффа (1984 г.)

1. по их собственным характеристикам, таким как период (минутные, суточные, недельные, месячные, сезонные, годовые, 5-летние и т.д.);
2. по их биологической системе, например популяция (ритмы популяции);
3. по роду процесса, порождающего ритм (экзогенные, эндогенные);
4. по функции, которую выполняет ритм (ритмы сна, ритмы размножения и т.д.).

Однако необходимо отметить, что в подобных классификациях смешиваются  ритмы различного происхождения, что  нецелесообразно, поскольку не только их происхождение, но и значение различны.

Кроме того, мегаритмы вообще не являются биоритмами - в организме они сами по себе не возникают; это реакции организма на процессы, периодически (примерно через 7-17 лет или 22 года) возникающие на Солнце. Однако, реакции организма на процессы солнечного происхождения изучать крайне важно, поскольку они могут быть причиной обострения или возникновения различных патологических состояний. Не формируются также биоритмы на магнитные бури солнечного происхождения, возникающие более часто, например, несколько раз в месяц, но хаотично, через неравные промежутки времени. На геомагнитные бури организм реагирует так же, как на внешние раздражители. При этом также может ухудшаться самочувствие человека, обостряться хронические заболевания. Таким образом, и данные реакции организма не являются биоритмами.

По  источнику происхождения

Классификация Смирнова В.М. (2004)

В связи с вышеизложенным Смирнов В.М. (2004) предлагает все биоритмы классифицировать не по их частоте, а по происхождению: физиологические, геофизические и геосоциальные биоритмы.

Физиологические ритмы - непрерывная циклическая деятельность всех органов, систем, отдельных клеток организма, обеспечивающая выполнение их функций и протекающая независимо от социальных и геофизических факторов (таблица 1).

• Физиологические биоритмы сформировались в процессе эволюции в результате возрастания функциональной нагрузки на отдельные клетки, органы, системы (см. таблицу 2).
• Значение физиологических ритмов заключается в обеспечении оптимального функционирования клеток, органов и систем организма. Исчезновение физиологических биоритмов означает прекращение жизни. Возможность изменения частоты физиологических ритмов обеспечивает быструю адаптацию организма к различным условиям жизнедеятельности.

Геосоциальные биоритмы формируются под влиянием социальных и геофизических факторов.

• Значение геосоциальных биоритмов заключается в приспособлении организма к режиму труда и отдыха. Возникновение в живых системах автоколебаний с периодами, близкими к циклам труда и отдыха, свидетельствует о высоких адаптивных возможностях организма.

Геофизические биоритмы - это циклические изменения деятельности клеток, органов, систем и организма в целом, а также резистентности, миграции и размножения, обусловленные геофизическими факторами. Геофизические биоритмы представляют собой циклические колебания физиологических биоритмов, обусловленные изменениями факторов среды обитания.

• Геофизические биоритмы сформировались под действием природных факторов, во многом они связаны с временами года, фазами Луны.
• Значение геофизических биоритмов – они обеспечивают приспособление организма к циклическим изменениям в природе.

Классификация Гора Е.П. (2007) (приводится по учебному пособию для преподавателей вузов и студентов, обучающихся по специальностям "Экология" и "Биология", а также для специалистов в области биологии, экологии и медицины/ Гора Е.П., Экология человека. Дрофа, 2007). Автор дополнительно к классификации по величине периода приводит классификацию ритмов по источнику происхождения:

1. В зависимости от  источника происхождения биологические  ритмы делят на экзогенные и эндогенные.

Экзогенные ритмы –  это колебания, вызванные периодическими воздействиями извне. Они являются пассивными реакциями на колебания  факторов окружающей среды.

Эндогенные ритмы –  автономные (спонтанные, самоподдерживающиеся, самовозбуждающиеся) колебания, обусловленные  активными процессами в самой  системе. Эндогенные биоритмы поддерживаются механизмами обратной связи. В зависимости  от того, на каком уровне биологической  организации она замыкается, различают  биоритмы в клетках (митотический цикл), органах (сокращения кишечника), организмах (овариальный цикл) и т. п.

Также автор приводит классификацию  ритмов

По выполняемой  функции

2. По выполняемой функции  биологические ритмы делят на физиологические и экологические.

Физиологические ритмы –  рабочие циклы отдельных систем (сердцебиение, дыхание и т. п.).

Экологические (адаптивные)служат для приспособления организмов к периодичности окружающей среды.

Период (частота) физиологического ритма может изменяться в широких  пределах в зависимости от степени  функциональной нагрузки. Период экологического ритма, напротив, сравнительно постоянен, закреплен генетически. Экологические  ритмы в естественных условиях захвачены  циклами окружающей среды, которые  могут быть как природными, так  и социальными. Они выполняют  функцию биологических часов. С  их помощью организмы ориентируются  во времени.

Эта классификация, представленная Е.П.Гора вносит некоторую путаницу в понимание предмета. Достаточно отметить, что в русском языке ЭНДО-генные ритмы - это внутренние ритмы, возникающие в самом организме - спонтанные, самовозбуждающиеся и самоподдерживающиеся колебания. ЭКЗО-генные - внешние ритмы, например, геофизические ритмы, обусловленны движением Земли вокруг своей оси, движением Земли вокруг Солнца, движением Луны вокруг Земли и т.д.

• Солнечно-суточный ритм - 24 ч;
• Лунно-суточный ритм - 24,8 ч;
• Звездно-суточный ритм - 23,9 ч;
• Лунно-месячный ритм - 29,4 сут;
• Лунно-приливной ритм - 12,4 ч;
• Годовой ритм - 12 мес;

В классификации же Гора Е.П. под экзогенными ритмами подразумеваются  эндогенные колебания (ритмы), вызванные  периодическими воздействиями извне, а экологическими ритмами обозначаются эндогенные колебания, захваченные  циклами окружающей среды к которым  организм вынужден адаптироваться.

Заключение

Из сказанного выше о великом  разнообразии биологических ритмов всего живого, возникающих благодаря  периодически меняющимся условиям среды, следует заметить следующее. Человек  является неотъемлемой частью природы, и, несмотря на большие достижения в  области естественных, технических  наук, медицины, она оказывает большее  влияние на него, чем сам человек  на природу. Отсюда вытекает главный  закон оздоровления: «Соблюдай ритмы  природы и согласуй свою деятельность с ними». Значение биоритмологии в биологии и медицине с каждым годом только увеличивается. Еще Гиппократ говорил, что тот, кто хочет заслужить действительное и полное признание в искусстве врачевания, должен прежде учитывать сезоны года и периоды изменений в ходе болезни. Однако весь комплекс вопросов, связанных с биоритмами и их влиянием на жизнедеятельность человека и возникновение болезней, нуждается в дальнейших серьезных исследованиях. В целом природа ритмических процессов в биологических системах во многом не ясна, а знания об их механизмах часто носят умозрительный характер. Но это только открывает новые горизонты для такой молодой науки, как биоритмология.