11. Суточные ритмы. Циркадные ритмы. Механизмы их регуляции. Правило Ашоффа

Суточные ритмы могут быть: ЭКЗОгенными и ЭНДОгенными.

ЭКЗОГЕННЫЕ

Регулируются внешними условиями. Зависят от:

• освещенности

• характера питания

• особенностей хищничества

• температурного режима ОС

Примеры:

• У грызунов: у видов, питающихся грубыми кормами – круглосуточная активность, а у питающихся плодами – ночная активность.

• У куньей акулы сумеречный образ жизни из-за объектов питания – крупных ракообразных.

• У ковровой карибской актинии дневной образ жизни из-за симбиотических цинтелл, которые фотосинтезируют на свету.

• У амфибий (и вообще пойкилотермных) зависит от ОС

• Для ночных животных важна степень освещенности, которая измеряется в люксах (подковоносые – оптимум 20-150 люксов, летяги, совы, сипухи – ночные, домовой сыч – 150 люксов, дневные)

! Животные вообще выбирают для себя время суток для активности исходя из того, когда они могут обеспечить максимальный обмен веществ.

Суточная активность связана с:

• Температурой

• Питанием

• Репродуктивной системой

• Осадками

• может меняться также в течение года: у песчанки большой в июле2 пика суточной активности, а в ноябре 1 пик.

ЭНДОГЕННЫЕ

Циркадные ритмы – только ЭНДОГЕННЫЕ и близки к 24 часам. Есть практически у всех живых организмов.

За счет внутренней регуляции организмы становятся автономными, но циркадные ритмы могут корректироваться экзогенными факторами. Как и бывают исключения из 24-часового цикла (это могут быть нарушения экзогенные). Например, у большой ночницы – 22.6 – 27.8 часов.

Правило Ашоффа: (связывает активность, освещенность и ритм)

Увеличение интенсивности непрерывного освещения вызывает у ночных видов уменьшение общей активности, некоторое удлинение цикла и укорочение его активной части;

При уменьшении освещенности наблюдаются сдвиги противоположного характера.

У дневных все наоборот!

На что влияют циркадные ритмы:

1. Скорость метаболизма

2. Работа эндокринных желез

3. Ферментативные системы

4. Иммунная система

5. На митоз

! У млекопитающих эндогенные ритмы влияют на ~50 процессов/органов. Биоритм отдельных органов специфичен, тк биоритмы у органов всех разный.

НАСЧЕТ БИОЧАСОВ

Хронобиология – наука изучения биоритмов

Биологические часы – механизм регуляции циркадных ритмов.

В 17 в. Эксперимент Жан жак де Мерана с мимозой. Он заметил, что она раскрывается даже если нет доступа к свету.

Генные механизмы:

В 2017 году Нобелевка за раскрытие механизмов биочасов.

Суть: есть ген «период», к-й контролирует биочасы. Этот ген кодирует белок PER, концентрация которого изменяется в зависимости от освещенности (накапливается ночью и разрушается днем)

+ к этому белок TIM и белок PER действуют по обратной связи отрицательной, блокируя действие гена «период». Если PER много, транскрипция «периода» прекращается.

Потом нашли еще ген «даблтайм», который кодирует DBT, замедляющий накопление белка PER, регулируя биочасы.

В 2007 году открыли механизм коррекции биочасов.

Суть: ген Fbxl3 кодирует белок, который отвечает за своевременную инактивацию белков Cry1 и Cry2 – ключевых участников регуляторного каскада, порождающего суточные колебания активности множества генов в клетке. Поломка Fbxl3 замедляет инактивацию Cry1 и Cry2, что приводит к отставанию биочасов.

!!! Центр биочасов – гипоталамус + эпифиз (у беспозвоночных – зрительный отдел головного ганглия)

Регуляция биочасов – надпочечники.

Механизмы регуляции биочасов к кл:

Супрахиазматическое ядро –главные внутренние биочасы, обрабатывающие всю инфу от других биочасов, СИНХРОНИЗИРУЕТ их. + оно управляет биоритмами переферических органов (меняет темп. Тела)

Причина развития ядра: теплокровные не чувствительны к температуре.

У теплокровных ядро функционирует при помощи света, но не у всех есть глаза. У таких видов есть тоже циркадные ритмы, но такие ритмы корректируются не обилием света, а обилием пищи, след-но такие виды ориентируются на циркадные ритмы кормовой базы.

Закономерность:

• У арктических видов бОльшую роль играют эндогенные механизмы регуляции биоритмов

• У южных – бОльшую роль играют экзогенные механизмы регуляции биоритмов