Хронобиология - Chronobiology

Обзор, включая некоторые физиологический параметры человека циркадный ритм («биологические часы»).

Хронобиология это область биология это исследует синхронизация процессов, в том числе периодические (циклические) явления в живых организмах, например их адаптация к солнечный - и лунный -связанные ритмы.[1] Эти циклы известны как биологические ритмы. Хронобиология происходит от древнегреческого χρόνος (Chrónos, что означает "время"), и биология, который относится к изучению или науке жизнь. Связанные термины хрономика и хроном в некоторых случаях использовались для описания молекулярный механизмы, вовлеченные в хронобиологические явления или более количественные аспекты хронобиологии, особенно там, где требуется сравнение циклов между организмами.

Хронобиологические исследования включают, но не ограничиваются, сравнительные анатомия, физиология, генетика, молекулярная биология и поведение организмов, связанных с их биологические ритмы.[1] Другие аспекты включают эпигенетика, развитие, воспроизводство, экология и эволюция.

Предмет

Хронобиология изучает вариации времени и продолжительности биологической активности живых организмов, которые происходят во многих важных биологических процессах. Они происходят (а) у животных (еда, сон, спаривание, спячка, миграция, клеточная регенерация и т. Д.), (Б) у растений (движение листьев, фотосинтетический реакции и т.д.), а также в микробных организмах, таких как грибы и простейшие. Их даже нашли в бактерии, особенно среди цианобактерии (также известные как сине-зеленые водоросли, см. бактериальные циркадные ритмы ). Наиболее изученный ритм в хронобиологии - это циркадный ритм, примерно 24-часовой цикл, показанный физиологическими процессами во всех этих организмах. Период, термин циркадный исходит из латинский около, что означает "вокруг" и умирает, «день», что означает «примерно сутки». Это регулируется циркадные часы.

Циркадный ритм можно далее разбить на стандартные циклы в течение 24-часового дня:[2]

  • Дневной, который описывает организмы, активные в дневное время
  • Ночной образ жизни, который описывает организмы, активные в ночное время
  • Сумеречный, который описывает животных, которые в основном активны в часы рассвета и заката (например, белохвостый олень, некоторые летучие мыши)

В то время как циркадные ритмы определены как регулируемые эндогенный процессы, другие биологические циклы могут регулироваться экзогенными сигналами. В некоторых случаях мультитрофические системы могут демонстрировать ритмы, управляемые циркадными часами одного из членов (на которые также могут влиять или сбрасывать внешние факторы). Эндогенные циклы растений могут регулировать активность бактерий, контролируя доступность производимого растениями фотосинтата.

Также изучаются многие другие важные циклы, в том числе:

В каждом цикле период времени, в течение которого процесс более активен, называется периодом времени. акрофаза.[3] Когда процесс менее активен, цикл находится в своей батифаза или впадина фаза. Особый момент наибольшей активности - это пик или максимум; самая низкая точка - это надир.

История

Циркадный цикл впервые наблюдал в 18 веке французский ученый в движении листьев растений. Жан-Жак д'Орту де Майран.[4] В 1751 году шведский ботаник и натуралист Карл Линней (Карл фон Линне) разработал цветочные часы с использованием определенных видов цветущие растения. Расположив выбранные виды по кругу, он разработал часы, которые показывали время дня по цветам, которые были открыты в каждый заданный час. Например, среди членов семья ромашек, он использовал ястребиная борода растение, распустившее свои цветы в 6:30 утра и hawkbit который не распускал свои цветы до 7 часов утра.[5]

Симпозиум 1960 г. Лаборатория Колд-Спринг-Харбор заложил основу для области хронобиологии.[6]

Также в 1960 году Патрисия ДеКурси изобрел кривая фазовой характеристики, один из основных инструментов, используемых в этой области с тех пор.

Франц Хальберг из Университет Миннесоты, кто придумал слово циркадный, широко считается «отцом американской хронобиологии». Однако это было Колин Питтендрай а не Хальберг, избранный возглавить Общество исследований биологических ритмов в 1970-е гг. Халберг хотел, чтобы больше внимания уделялось человеческим и медицинским вопросам, в то время как Питтендрай больше интересовался эволюцией и экологией. Под руководством Питтендри члены Общества проводили фундаментальные исследования всех типов организмов, растений, а также животных. В последнее время было трудно получить финансирование для таких исследований на каких-либо других организмах, кроме мышей, крыс, людей.[7][8] и плодовые мошки.

Недавние улучшения

В последнее время, световая терапия и мелатонин администрации были исследованы Альфред Дж. Леви (OHSU ), Жозефина Арендт (Университет Суррея, Великобритания) и других исследователей в качестве средства для сброса циркадных ритмов животных и человека. Кроме того, слабый свет ночью ускоряет повторный унос хомяков всех возрастов в циркадном ритме на 50%; Считается, что это связано с моделированием лунного света.[9]

Люди могут иметь склонность быть утренними или вечерними людьми; эти поведенческие предпочтения называются хронотипы для которых существуют различные оценочные анкеты и корреляции биологических маркеров.[10]

Во второй половине 20-го века значительный вклад и формализация были сделаны европейцами, такими как Юрген Ашофф и Колин Питтендрай, которые придерживались разных, но дополняющих друг друга взглядов на феномен увлечение циркадной системы с помощью света (параметрический, непрерывный, тонический, постепенный и непараметрический, дискретный, фазовый, мгновенный, соответственно[11]).

Существуют также биологические часы, переносимые с пищей, которые не ограничиваются супрахиазматическим ядром. Расположение этих часов оспаривается. Однако, работая с мышами, Фуллер и другие. пришел к выводу, что часы приема пищи, по-видимому, расположены в спинномедиальном гипоталамус. Во время ограниченного кормления он берет на себя управление такими функциями, как время активности, увеличивая шансы животного успешно определить местонахождение пищевых ресурсов.[12]

В 2018 году исследование, опубликованное в PLoS ONE, показало, что 73 психометрических показателя, измеряемых в контенте Twitter, следуют дневному графику.[13]

Другие поля

Хронобиология - это междисциплинарная область исследований. Он взаимодействует с медицинскими и другими областями исследований, такими как снотворное, эндокринология, гериатрия, спортивная медицина, космическая медицина и фотопериодизм.[14][15][16]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Патрисия Дж. ДеКурси; Джей С. Данлэп; Дженнифер Дж. Лорос (2003). Хронобиология. Sinauer Associates Inc. ISBN  978-0-87893-149-1.
  2. ^ Нельсон Р.Дж. 2005. Введение в поведенческую эндокринологию. Sinauer Associates, Inc .: Массачусетс. Pg587.
  3. ^ Рефинетти, Роберто (2006). Циркадная физиология. CRC Press / Taylor & Francis Group. ISBN  0-8493-2233-2. Сложить резюме
  4. ^ для описания циркадных ритмов у растений де Майрана, Линнея и Дарвина см. [1] В архиве 2005-12-25 на Wayback Machine
  5. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-12-12. Получено 2013-12-12.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  6. ^ Леон Крейцман; Рассел Г. Фостер (2004). Ритмы жизни: биологические часы, контролирующие повседневную жизнь каждого живого существа.. Нью-Хейвен, Коннектикут: Издательство Йельского университета. ISBN  0-300-10969-5.
  7. ^ Живкович, Бора (2006-07-03). "ClockTutorial # 2a, Сорок пять лет эмпирических обобщений Питтендри". Блог круглосуточно. НаукаБлоги. Получено 2007-12-23.
  8. ^ Живкович, Бора (17 мая 2006 г.). "Часы в бактериях V". Блог круглосуточно. НаукаБлоги. Получено 2007-12-23.
  9. ^ Франк, Д. У .; Evans, J. A .; Горман, М. Р. (2010). «Зависящие от времени эффекты тусклого света ночью на повторное вовлечение и маскировку ритмов активности хомяка». Журнал биологических ритмов. 25 (2): 103–112. Дои:10.1177/0748730409360890. PMID  20348461. S2CID  41985077.
  10. ^ Бреус, доктор наук, Майкл (2016). Сила когда. Маленький Браун и компания. ISBN  978-0-316-39126-9.
  11. ^ увидеть эта историческая статья, требуется подписка
  12. ^ Фуллер, Патрик М .; Джун Лу; Клиффорд Б. Сэпер (23 мая 2008 г.). «Дифференциальное спасение циркадных ритмов, переносимых светом и пищей». Наука. 320 (5879): 1074–1077. Bibcode:2008Sci ... 320.1074F. Дои:10.1126 / science.1153277. ЧВК  3489954. PMID  18497298.
  13. ^ Дзоганг, Фабон; Стаффорд Лайтман; Нелло Кристианини (20.06.2018). «Суточное изменение психометрических показателей в содержании Twitter». PLOS ONE. 13 (6): e0197002. Bibcode:2018PLoSO..1397002D. Дои:10.1371 / journal.pone.0197002. ЧВК  6010242. PMID  29924814.
  14. ^ Постолахе, Теодор Т. (2005). Спортивная хронобиология - выпуск клиник спортивной медицины. Сондерс. ISBN  978-1-4160-2769-0.
  15. ^ Эрнест Лоуренс Росси, Дэвид Ллойд (1992). Ультрадианские ритмы в жизненных процессах: исследование фундаментальных принципов хронобиологии и психобиологии. Springer-Verlag Berlin и Heidelberg GmbH & Co. K. ISBN  978-3-540-19746-1.
  16. ^ Хейс, Д. (1990). Хронобиология: ее роль в клинической медицине, общей биологии и сельском хозяйстве. Джон Вили и сыновья. ISBN  978-0-471-56802-5.

дальнейшее чтение

внешние ссылки