23. Специфика пространственно-временной организации живого.

Автор: Ал-Курд Нидаль

Хронобиология - междисциплинарная наука, включающая методы и представления других естественнонаучных дисциплин (молекулярной биологии, генетики, биофизики, биохимии, морфологии и др.) Основная задача хронобиологии - выяснение роли фактора времени в существовании и развитии биологических систем.

Очень много фактов указывает на то, что психологическое переживание меняет восприятие времени. Часто воспоминания людей, оказавшихся в смертельной опасности, фиксируют то, что время для них как бы замедляется. Для анализа специфики временной организации живых систем (включая человека) в XX веке возникает особая междисциплинарная область знаний - хронобиология.

Фазовые изменения - в живой системе последовательная смена стадии какого-либо биологического процесса. Эти изменения характеризуют как нормальное течение процессов в организме, так и реакцию на воздействия.

Ритмические изменения – в живой системе колебательный процесс, приводящий к воспроизведению биологического явления или состояния биологической системы через приблизительно равные промежутки времени.

Ключевые выводы хронобиологии связаны, во-первых, с выделением типов временных процессов в живом. Мы держим в голове ключевой вопрос, на который должен ответить системный подход: как естественных путем из простого возникает что-то сложное. Здесь хронобиология осуществляет это объяснение применительно к живым системам.

Если мы посмотрим на любой процесс в живой системе, мы должны сравнить, как минимум, две точки, разделенные временным интервалом. Существуют фазовые изменения: через определенные промежутки времени происходит необратимая смена стадий. Например, старение организма - это процесс, который можно затормозить. Но идея взломать старость методологически неточная, потому что искать какую-то панацею наивно. Второй тип изменений: биологические ритмы. В отличие от повтора, который есть в неживой природе, любое ритмическое изменение представляет из себя внешний повтор общей структуры процесса, но по сути процесс всегда отличается.

Ритмические изменения в живом на сегодняшний день рассматриваются с точки зрения адаптации. Есть ритмы неживой природы (смена дня и ночи, смена климатических сезонов). Живое быстро изменить структуру морфофизиологической организации под изменение окружающей среды не может. Но живое не может позволить себе полностью зависеть от окружающей среды. Биологические ритмы становятся средством адаптации. Возникает новое содержание в оставшейся прежней структуре, и это обеспечивает необратимость процесса развития. Т.е. организация пространственных процессов живого во времени, когда развитие разделяется на отдельные отрезки-кванты обеспечивает непрерывность развития и дискретность. Эта квантованность изменений, которые происходят в живой системе имеет прямое отношение к проблеме единиц биологического времени. На уровне изменения каких точно элементов мы будем фиксировать развитие живого. На сегодняшний день только, например, в человеческом организме выделено порядка 500 морфофизиологических параметров, которые имеют биологические ритмы (причем разной продолжительности). Пока организм молод и здоров, ритм отдельного процесса синхронизируется в рамках целого. Ритм, которому подчиняется целостный организм, называется циркадным. Это суточный ритм смены периодов сна и бодрствования. Когда человек стареет, он может легко уснуть там, где, казалось бы, уснуть невозможно, и не засыпает, когда логично лечь спать. Т.е. возникает десинхроноз. И вот одна из причин старения - возникающие рассогласования в биологических ритмах. У биологических ритмов есть интересная особенность - они колеблются с разной частотой. Например, переживающая структура нервной ткани имеет ритмы потребления кислорода с периодами 1 минута, 2 часа, 24 часа, 5 суток. У мужчин, например, есть 12 с половиной дневный ритм роста бороды - от самого быстрого до самого медленного. Все эти ритмы нужны для того, чтобы организм сохранил свою целостность при меняющихся условиях среды. Но это возможно только тогда, когда биоритмы лабильны, т.е. когда временная организация биологических процессов подстраивается под среду (обладает со средой обратной связью). Если система страдает внутренним дефектом временной организации, у неё мало шансов приспособится к жизни.

Свойство временной организации, позволяющее ей эволюционировать - лабильность ритмов, жесткая детерминация их параметров исключила бы возможность нового временного кодирования систем.

Организм регулирует свои отношения с окружающей средой за счет эндогенной природы ритмов и «датчиков времени». Исследования внутренней природы ритмов и их лабильности начались перед пилотируемыми полетами в космос. Жизнь космонавтов на орбите невозможно регулировать по земным суткам со сменой дня и ночи. Соответственно, возникли эксперименты относительно того, как же организовать жизнь космонавтов. Например, с помощью идеи дробных суток - человек 3 часа бодрствует, 1 час спит. Добровольцев лишали возможности по любым социальным датчикам определить, что время прошло (нет смены света, пища всегда в доступе). Организм в этих условиях начинал жить по собственным часам. Но участники этих экспериментов до конца жизни вспоминают, как тяжело им давались дробные сутки, потому что наши предки адаптированы к промежуткам времени, связанным со сменой дня и ночи неживой природы. И поэтому вопрос, как организм регулирует свои временные отношения с окружающей средой – вопрос для науки сложный. Мы не просто подчиняемся изменению внешней среды – у нас есть генетическая регуляция, регуляция с участием клеточных мембран. Есть очень интересные кибернетические модели регуляции пространственной структуры живого. У человека есть суточные ритмы ответа на, например, лекарственные фармацевтические воздействия. Поэтому у современных лекарств в аннотациях очень часто пишут – эффективен прием утром или вечером.

Знания о закономерностях биологических процессов позволяют правильно профилактировать, диагностировать и лечить многие заболевания. Есть такое направление – хрономедицина. В зависимости от того, на какую часть суток приходится пик активности в ритме сон-бодроствование, людей часто делят на жаворонков, сов, а промежуточный тип во французской традиции хронобиологии называются голуби. Есть попытки разъяснить различия в чертах характера между совами и жаворонками, именно ссылаясь на особенность их временных процессов. Например, говорят о том, что сов не пугают конфликты, в острых ситуациях они больше волнуются. А излюбленная тема разговоров жаворонков – это жалобы на собственное пошатнувшееся здоровье. Это классификация восходит к французской школе невропатологов, но классических сов и жаворонков нет. Часть с годами переходят из одной категории в другую, чаще совы превращаются в жаворонков, наоборот – очень мало. Часть приобретают смешанные черты. Меньше всего меняются бездельники, потому что им не надо приспосабливаться ни к какому внешнему ритму жизни. Если вы знаете, кто вы – жаворонок или сова, по крайне к какому типу тяготеете, то вы без труда скажете, кто из кровных родственников обладает такими же особенностями.