В природе суточные ритмы складываются из процессов, обусловленных эндогенными ритмами, и реакции на суточные изменения окружающей среды. При нарушении естественного ритма среды суточные ритмы разных физиологических функций теряют синхронность. Такие явления (десинхронизация) возникает, например, при разведении животных и растений в искусственных условиях, при смене часовых поясов, при переходе на летнее/зимнее время и др. Десинхронизация может явиться причиной возникновения патологических изменений в организме, снижению иммунитета, ухудшению адаптивных возможностей организма.

Таким образом, циркадная временная программа реализует две различные задачи: с одной стороны, она сохраняет свою автономию независимо от воздействия внешних факторов. С другой стороны, она способна переставлять внутренние часы организма, чтобы цикл, несмотря на свою автономию, не был десинхронизирован с окружающим миром.

Отмечено, что суточные биоритмы наиболее выражены у обитателей высоких широт, где четко выражены отличия «дневного» и «ночного» состояния окружающей среды.

Лунные биоритмы

Лунные (циркулунарные) ритмы – их период в среднем 29,53 суток ѿ соответствуют циклу фаз луны, т.е. лунно-месячному циклу.

Средняя периодичность вращения Луны вокруг Земли влияет на многочисленные геофизическими изменения: например, изменение освещенности по ночам, давления воздуха, температуры, направления ветра, изменение магнитных полей Земли, и эти явления являются временными указателями для циркалунарных ритмов.

Наиболее впечатляющие примеры ориентации жизненных процессов на циркалунарные ритмы мы обнаруживаем у морских организмов. Например, обитающий на коралловых рифах морской червь Палоло в определенное время суток в последнюю декаду лунного цикла в октябре и ноябре отделяет свою подвижную заднюю часть, наполненную продуктами половой системы, в воду для продолжения рода. Высочайшая точность синхронизации по лунарному ритму характерна и для одного из вида насекомых, которые синхронно выходят на морской берег для спаривания и откладывания яиц (нужно учитывать, что продолжительность жизни самки в этом случае составляет не более 20 минут).

Лунные циклы периодов оплодотворения и рождаемости бывают не только синодическими, но и сизигическими с периодом в 14,7 суток. Один вид рыб, живущих на берегу Калифорнийского залива, откладывает в новолуние и полнолуние (во время прилива) на пляж икру, которая развивается на берегу в течение 14 суток и попадает в воду со следующим большим приливом. Для некоторых эндогенных циркалунарных ритмов в лабораторных условиях была установлена синхронизация с лунным светом.

Лунный свет обусловливает различия в ночной освещенности, что способствует изменению активности животных, ведущих ночной или вечерний образ жизни. Даже если в условиях лаборатории исключить действие лунного света, циркалунарные процессы сохраняют свою периодичность. Она может быть обусловлена синхронизацией с другими связанными с лунным циклом факторами, например, с колебаниями магнитного поля Земли. Сюда же нужно отнести колебания чувствительности глаза к уровню и спектру освещенности. У рыбок гуппи наибольшая чувствительность к свету смещается от фиолетового спектра в полнолуние в желтый спектр в новолуние. У людей также наблюдаются сходные изменения в чувствительности зрения, причем она смещается в том же цветовом диапазоне. Кроме того, отмечаются колебания в суточном объеме мочи у человека, которые совпадают с лунным циклом. В последнее время было также выявлено, что имеются связанные с лунным ритмом колебания склонности к инфекциям.

В то время как причины упомянутых выше феноменов и их связь с окружающей средой еще не выявлены, можно точно сказать, что менструальный цикл женщин в цивилизованных странах имеет эндогенный характер и, хотя и совпадает по продолжительности с лунным циклом, но более не синхронизирован с ним. А у обезьян, живущих в области экватора, цикл овуляции синхронизирован с лунными фазами.

Рост растений также связан с лунным циклом, что можно показать по колебаниям урожайности бобовых, картофеля и редиса. Уже давно широко используются «Лунные календари», по которым определяют оптимальное время посадки и других агротехнических мероприятий.

Годичные биоритмы

Годичные, или цирканнуальные биологические ритмы имеют период колебания 1 год ± 2 месяца и связаны с вращением Земли вокруг Солнца.

Эти ритмы наблюдаются у всех организмов от полярной до тропической зоны. Выраженность годовых (сезонных) ритмов нарастает по мере увеличения географической широты и отчетливо проявляется у организмов, населяющих умеренные и полярные зоны, где сезонные различия наиболее отчетливы. В основе колебательных функций организма с годовым периодом лежат, во-первых, приспособительные реакции в ответ на изменение основных параметров внешней среды (температуры, качественного и количественного состава пищи, изменения водного режима), во-вторых, реакция на сигнальные факторы среды, такие, как изменения фотопериода, напряженности геомагнитного поля, появление некоторых химических компонентов. Годичные биоритмы проявляются, например, в явлениях миграций, кочевок, зимней и летней спячки, репродуктивных процессах.

Зимняя спячка помогает многим животным пережить неблагоприятный период. Животные удивительно точно определяют время для спячки. Например, медведь укладывается в свою берлогу всегда накануне снегопада. И потом 5,5 мес до апрельской температуры в 12° зверь спит, существуя за счет накопленного с осени жира (запас его составляет почти 1/3 массы тела). Во время зимней спячки температура тела медведя снижается почти на 10°С, а частота дыхания уменьшается в 3 раза. Все это помогает ему экономно расходовать накопленные в теплое время жизненныe ресурсы. Если же этот ритм нарушен и зверь по каким-либо причинам не залег в берлогу или вдруг «неожиданно» проснулся в середине зимы, он практически обречен на гибель. Медведь-шатун гибнет от голода, одолеваемый множеством паразитов, бурно размножающихся в слабеющем организме.

Таких примеров разлада биологических часов достаточно много. Иногда, при резком осеннем потеплении, некоторые растения могут начать цвести. Однако это отрицательно сказывается на последующей жизнедеятельности растения.[5]

Известны сезонные изменения заболеваемости и смертности от некоторых заболеваний (в частности, туберкулеза – весна, осень).

Таким образом, биоритмы являются определяющим условием существования живых организмов, наблюдаются на всех уровнях организации живых систем и являются адаптацией организмов к поддержанию оптимального функционирования в условиях окружающей среды.

Использование знаний о биоритмах человека является важным для улучшения здоровья (хрономедицина), работоспособности, выживаемости в экстремальных условиях.

Литература

1. Гиляров, М.С. Биологический энциклопедический словарь/ М.С.Гиляров. — М., 1986. — 893 с.

2. Горбачев, В.В. Концепции современного естествознания / В.В. Горбачев. — М., 2005. — 672 с.