Действие антропогенных стрессоров на биоритмы Действие на биоритмы животных

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ, периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Биоритмы характерны для всех живых организмов и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до популяционных и биосферных. Ритмы растений проявляются, например, в суточном движении листьев, лепестков, в некоторых физиологических процессах (осенние листопады). Ритмы животных чётко выражены в периодичности двигательной активности и множества физиолого-биохимических функций (температурные колебания, секреция гормонов, синтез РНК, образование рибосом, деление клеток и др.). Ритмический характер могут носить колебания численности популяций и т. д. У многоклеточных организмов отд. клетки или их группы берут на себя роль синхронизаторов, управляя ритмикой органов или всего организма в целом. Независимые ритмы индивидуальных органов, тканей, клеток участвуют в создании временной упорядоченности биологических явлений, что может служить основой для объединения всех процессов, протекающих в живом организме. Биоритмы наследуются и являются важнейшими факторами адаптации организмов.

Биоритмы бывают экзогенные и эндогенные. Экзогенные ритмы возникают как реакция на периодические изменения среды, т.е. регулируются внешними факторами. Эндогенные ритмы задаются внутренними часами, т.е. генерируются самим организмом. Но большинство биоритмов являются смешанными, т.е. частично эндогенными, частично экзогенными. Во многих случаях главным внешним фактором, регулирующим ритмическую активность, служит фотопериод, т.е. продолжительность светового дня. Это единственный фактор, который может быть надежным показателем времени года и он используется для установки биологических часов. Внешние воздействия могут сдвигать фазу эндогенных биоритмов и менять их амплитуду. Одни биоритмы имеют частоту, существенно изменяющуюся в зависимости от состояния организма (биение сердца, дыхательные движения и др. физиологические ритмы); частота других, так называемых экологических биоритмов стабильна и соответствует циклическим изменениям среды. Они также имеют эндогенную природу, но испытывают существенное влияние факторов среды (Суточные ритмы, Приливные ритмы, Лунные ритмы и Годичные ритмы). Эндогенный компонент ритма даёт организму возможность ориентироваться во времени, т.е. иметь свои биологические часы и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды (своеобразная адаптация организма). Он сохраняется в постоянных лабораторных условиях на фоне температурных сдвигов и изменений химического состава среды, его период почти не зависит от интенсивности обменных процессов. Так, на ритмы спорообразования у нек-рых водорослей не влияют вещества, тормозящие обменные процессы, в аквариуме длительно сохраняется приливная и лунная периодичность открывания створок раковин морских моллюсков и т. д. Существует предположение о регуляции эндогенных ритмов млекопитающих гипоталамо-гипофизарной системой.

Экологические ритмы способны подстраиваться к изменениям цикличности внешних условий. Такая подстройка возможна благодаря тому, что в течение каждого периода имеются определенные интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, например яркого света или темноты. Если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, соответственно сдвигается фаза ритма. Искажение или ослабление ритмичности среды может привести к нарушению системы биоритмов организма и развитию у него патологических состояний.

Оценка любой биологической системы после нарушающих воздействий вне зависимости от того, какой уровень организации рассматривается, предполагает наличие сравнительных или исходных условий. В этой связи важно учитывать, что качественные и количественные характеристики биологических процессов закономерно меняются во времени.

С экологической точки зрения особый интерес представляют ритмы, примерно соответствующие периодичности геофизических процессов (циркадианные (24 ч), окололунные, окологодовые, или цирканнуальные, околоприливные) и синхронизированные с ней посредством факторов внешней среды. В качестве синхронизаторов, или времязадателей, могут действовать многие периодически изменяющиеся экологические факторы (как абиотические — освещенность, температура, влажность, так и биотические — сигналы, исходящие от животных того же вида, доступность пищи и др.). Наиболее важным времязадающим механизмом у животных являются смена света и темноты в течение суток и изменение их пропорций в течение года.

При биоиндикации, оценивающей изменение под действием внешней среды биологических параметров необходимо учитывать, что организм характеризуется ритмами чувствительности и толерантности ко многим физическим, химическим или биотическим воздействиям. Реакции организма, в зависимости от фазы биологического ритма, на которой подействовал фактор внешней среды, могут быть различными.

Высокая индикаторная ценность временных структур, связана с тем, что всякий антропогенный стрессор нарушает этот регулируемый во времени баланс, вследствие чего все биоритмические параметры заметно изменяются. Эти реакции происходят относительно быстро и могут быть зарегистрированы еще до того, как вредные воздействия или симптомы болезни станут очевидными.

Неспецифическая индикация, основанная на оценке изменений ритмических параметров, затрагивает следующие ритмические признаки:

Изменения соотношений фаз. Быстрая смена времязадателей, например, при быстрых межконтинентальных перелетах, утрата времязадателей встречаются у сельскохозяйственных животных с искусственными световыми или кормовыми режимами. Утрата социальных контактов, влияние вредных веществ или начинающийся патологический процесс могут эпизодически или долговременно расстраивать биологическую ритмичность. После одноразового нарушающего воздействия часто проходит несколько дней, прежде чем у отдельных ритмов восстановится нормальное соотношение фаз друг с другом и с внешним времязадателем.

Изменения спектра частот. При определенном воздействии может измениться частотный спектр биоритма. В адаптированном состоянии преобладают простые спектры. При нарушении возникают высокочастотные колебания, уничтожающие исходную структуру биоритма.

Изменения средних циркадианных показателей. Стрессоры различного происхождения вызывают изменения эффективности биологических функций, что выражается в отклонении от нормального циркадианного уровня. Изменения локомоторной активности как важного параметра поведения пригодны для неспецифической биоиндикации. Среднесуточный уровень активности вполне пригоден в качестве индикатора благоприятных или нарушенных условий содержания в рыбоводных хозяйствах. Этот параметр можно использовать в неспецифических токсикологических тестах.