Шпоры по биоритмологии

Подождите немного. Документ загружается.

Циркадные ритмы показателей симпатико-адреналовой

системы. У здоровых людей акрофазы суточных ритмов

экскреции адреналина, норадреналина, дофамина и ДОФА

обнаруживаются с 10.30 м до 22.30 м, с наиб-й частотой с 13.30 м

до 16.18 м. Экскреция адреналина преобладает в первой половине

дня и достоверно опережает экскрецию норадреналина, дофамина

и ДОФА. Отставание экскреции предшественников может быть

связано с усилением" расхода" дофамина и ДОФА на синтез

адреналина в первой половине дня. В период бодрствования

наблюдается возрастание активности С-А системы, что

способствует обеспечению высокого уровня работоспособности

днем. Заславская с помощью близнецового метода выяснила

роль генет-го фактора в суточной динамике с. С. с. Сделан вывод

что у здоровых людей в течение суток есть периоды с

преобладанием генетт-го фактора в формировании ритма, а есть

промежутки времени, когда ритмы обусловлены средовыми

влияниями. Вариабельность ЧСС в 10, 16, 21, 23 часа обусловлена

внешними воздействиями, а в 18 ч генет-ми факторами.

Вариабельность АДс в ночные и утренние часы обусловлена

генетической компонентой, а в остальные интервалы времени

удельный вклад внутренних и внешних воздействий был

равнозначным. В послеполуденное время преобладает влияние

факторов среды на динамику АДс. Применяя характе-ку суточных

ритмов для дифференциальной диагностики между стенокардией

и кардалгией Заславская пришла к выводу о том, что для

стенокардии типичны превышение нормального уровня ЧСС и

ОПС и уменьшение по сравнению с нормой среднесуточных

значений УОС, МОС, УРС, МРС. Для кардалгии более

характерны нормальный мезор ЧСС и ОПС, а значения УОС,

МОС, УРС, МРС выше нормальных значений. Внутренняя и

внешняя десинхронизация суточных ритмов параметров

центральной и периферического гемодинамики у больных с ИБС,

ГБ с НК (недостаточностью кровообращения), проявлялась:

- ночным типом суточного ритма ОСКСМ при дневном типе

ритма АДс,АДц,АДср,ЧСС,УОС,МОС,УРС,МРС и ночном типе

ритма ОПС. - дневным типом суточного ритма ОСКСМ при

ночном типе ритма всех параметров центрального

кровообращения и дневном типе ритма ОПС.

- обнаруживалось рассогласование ритмов ОСКСМ и ОПС.

Биоритмо-ие исслед-ия кровообращения позволяют выявить

десинхронизацию - состояние рассогласованности суточных

ритмов в отсутствие проявлений патологии сердца и сосудов.

Ритмы общего состояние организма можно охарактеризовать при

помощи ритма работоспособности. Работоспособность человека

во время бодрствования чаще всего изменяется по М-образной

кривой – физиол-ой кривой работоспособности, или "бигеминус".

На ней прослеживаются два периода активности, совпадающие по

времени с периодами высокого уровня физиол-х функций: между

10 и 12 часами и 16 и 18 часами. Сразу после пробуждения

продуктивность деят-ти на 25% ниже уровня, зафиксир-го при

выполнении работы в дневное время, и только через 20 минут

достигается высокий уровень работоспособности. По различному

и всегда индив-му расположению акрофаз (пиков) биоритмов

люди делятся на три основные хронотипа - "жаворонки", "совы",

"голуби". Ламперт выделил 2 группы.

Внутренние и внешние факторы синхронизации циркадных

ритмов. Механизм.

В норме все ритмы всех систем синхронизированы между собой.

Это происходит благодаря внешним и внутренним

синхронизаторам. Внешние факторы: фотопериод (чередование

дня и ночи), колебания гравитационного вектора, колебания

геомагнитного поля, изменение температуры окружающей среды.

Эти датчики могут действовать как непосредственно, так и

опосредованно. Опосредованность действия достигается через

изменение двигательной активности. Непосредственное действие

достигается через рецепторный аппарат. Практические через все

органы чувств импульсы поступают в ЦНС а оттуда к рабочим

органам и органам мишеням.

1. Через зрительный анализатор. Сетчатка связана с супрахиазм-

им ядром (разрушение его приводит к изменению всех ритмов).

Супрахиазматическое ядро связано с верхним шейным

симпатическим ганглием. Известно, что из этого ганглия

иннервируются слюнные железы, сердце и др.

2. Через вестибулярный анализатор и проприорецепцию. От

вестибулорецепторов и рецепторов опорно-двигательного

аппарата импульсы поступают к ядрам оливы. Оттуда в спинной

мозг и в симпатические центры, расположенные в боковых рогах

спинного мозга а затем в верхний шейный симпатический

ганглий, который является одним из регуляторов биоритмов.

Кроме того, от вестибулорецепторов импульсы поступают к ядру

Даркшевича, затем через заднюю эпиталамическую спайку к

эпифизу, который является центральным органом, регулирующим

биоритмы.

3. Через обонятельный анализатор и лимбическую систему также

осуществляется связь с эпифизом.

Влияние изменений геомагнитного поля осуществляется как через

клеточные, так и субклеточные структуры. Судаков в 1976 г

обосновал механизм восприятия геомагнитного поля

лимбическими структурами мозга. У больных с диенцефаль-ным

синдромом изменение геомагнитной обстановки вызывает

нарушение суточных ритмов температуры тела. Это может

свидетельствовать о том, что промежуточный мозг принимает

участие в анализе изменений структуры геомагнитного поля.

Влияние режима питания сказывается не только на суточных

ритмах переваривания и всасывания питательных веществ, но и

на их усвоение тканями. Изменение режима питания неизбежно

влияет и на ритм " сон-бодрствование". Особенно сильно

пищевой режим влияет на суточные ритмы концентрации

глюкозы в крови, свободных жирных кислот, кетоновых тел,

триглицеридов, железа. Менее выражено влияние на ритм

глюкагона, инсулина и фосфолипидов.

Влияние режима двигательной активности довольно существенно.

Ее снижение при сохранении других синхронизаторов

существенно изменяет течение биоритмов других

физиологических функций. У людей со сниженной

работоспособностью отсутствуют ритмические колебания многих

функций. У людей со средним уровнем работоспособности

появляются колебания с незначительной амплитудой. У людей

тренированных - максимальная амплитуда показателей сердечной

деятельности.

Суточные колебания активности биологически активных

точек.

В древние времена зародилось учение о суточной циркуляции

жизненной энергии Чи(Ци) - в Китае, Ки - в Японии, Прана - в

Индии. Эта энергия циркулирует по каналам, определяя время

максимальной и минимальной активности того или иного органа.

Биологически активные точки, располагаясь на этих каналах,

также имеют закономерности повышения и снижения своей

активности. Если требуется угнетать точки акупунктуры, то

делать это нужно в фазу минимальной активности, а если

повышать - то в фазу максимальной.

На основе закономерностей суточной, околомесячной,

окологодовой периодики колебаний активности БАТ

Александром Трофимовичем Качаном был предложен

специальный лимб для определения "открытой для воздействия"

точки. С использованием Таблиц перевода Григорианского

календаря в Лунный календарь и затем ряда последовательных

действий определяется основная и дополнительные точки

воздействия на конкретный промежуток времени.

Космобиологические периоды.

В течение суток отмечено 7 разных периодов,

продолжительностью около 3 часов каждый. Для каждого периода

характерны свои свойства. Причем, каждый период, переходит в

последующий постепенно, максимальной активности достигая к

последнему получасу. Особое влияние на течение этих периодов

оказывает новолуние, полнолуние, лунные или солнечные

затмения.

Как видно из нее эти периоды не соответствуют друг другу в

течение недели. Каждый начинается в разное время в разные дни

недели. Эти периоды были предложены к использованию

доктором С.А. Вронским после тщательной проверки.

В первый период нежелательно осуществление любых

хирургических вмешательств Нежелательны занятия

экстрасенсорикой. В третий период наиболее активно действуют

лекарственные средства. Четвертый период это наилучший

период для хирургических действий и экстрасенсорной практики.

В шестой период не рекомендуется назначать сильно

действующие препараты. В седьмой период полученные травмы

оставляют долгий след.

Ритмы локомоторной активности

Из поведенческих ритмов наиболее изучены ритмы локомоторной

активности (в основном ходьбы, бега, плавания и полета).

Причина этого - легкость их регистрации. Кроме того, их

изучение дает два важных преимущества. Во-первых,

локомоторную активность можно изучать на отдельных особях, и

тогда все, что мы наблюдаем, имеет отношение к временной

организации одного животного и не связано с популяционными

эффектами, возможными, например, при выведении мух в

определенную фазу циркадианного цикла, а также при полевых

наблюдениях с использованием ловушек. Во-вторых, изменения в

локомоторной активности отражают какие-то фундаментальные

циркадианные ритмы в центральной нервной системе.

Локомоция осуществляется разными животными ритмически для

разных адаптивных целей. В природе такая активность обычно

возникает в ответ на прямую внешнюю стимуляцию - понижение

интенсивности света, повышение температуры, запахи, видимое

движение и т. д. Если же в лабораторных условиях аналогичные

стимулы (освещенность или темнота, температура, запах) будут

действовать с постоянной интенсивностью, то локомоторная

активность животных будет либо результатом внутренних

(связанных с мотивацией) изменений в пороге чувствительности к

данным стимулам, либо следствием возбуждения или

растормаживания в ЦНС, приводящего к спонтанной активности.

Мотивационные изменения возникают под действием ряда

физиологических сигналов, из которых наибольшее значение

имеют уровни половых гормонов, лишение пищи или воды и

циркадианная (или приливная) ритмичность. У мелких

беспозвоночных эти изменения часто проявляются независимо в

трех различных масштабах времени - на протяжении жизни, ото

дня ко дню и в пределах одних суток. Однако мотивационные

изменения неизбежно влияют друг на друга, так что, например,

циркадианный ритм локомоции существенно изменяется под

влиянием голода, а локомоторная реакция на пищу заметно

варьирует в зависимости от циркадианного времени.

Кроме того, на протяжении четырех дней голодания изменяется и

суточный профиль активности: вечерний максимум

увеличивается в 8 раз, а утренний и дневной уровни активности -

вдвое. Температура (высокая и низкая) тоже меняет суточный

профиль, но уже по-иному.Голод и температура, таким образом,

модулируют циркадианные изменения и по-разному изменяют

воздействие циркадианных сигналов в зависимости от общего

уровня активности.Джонс и Габбинс более тщательно изучили

этот феномен на самках комара и нашли, что осеменение, прием

пищи и откладка яиц заметно изменяют не только суммарную

полетную активность за день, но также ее суточный профиль как

при СТ 12:12, так и при ТТ. У муравьев - необратимая утрата

ритма локомоторной активности после спаривания. Хорошо

известны изменения циркадианного профиля, вызываемые

внешними сигналами. Так, ритм откладки яиц у может быть

двухфазным с одинаковыми ранним и поздним пиками в светлом

периоде при 5 лк и однофазным с пиком в конце светлого периода

при 60 лк. Так как откладка яиц обычно происходит днем,

кажется маловероятным, чтобы изменение этого ритма

вызывалось простым фотоингибированием.

3.2. Ритмы питания

Питание - одна из приспособительных функций, обслуживаемых

локомоцией, и не удивительно, что у таких активных видов, как

тараканы, питание совпадает по фазе с локомоцией, хотя занимает

лишь небольшую часть периода максимальной подвижности. У

большинства летающих насекомых питание несовместимо с

полетом, так что эти два вида поведения должны чередоваться во

время максимума активности или же происходить в разных фазах.

Например, у клопа- мигрирующего насекомого - наибольшая

тенденция к полетам, длящаяся более 10 мин, проявляется в

середине фотофазы, тогда как максимум питания сдвинут к

началу или концу этой фазы. У мухи цеце ритм чувствительности

хоботка двухфазный, так же как и ритм полетной активности.

У более примитивных животных питание совпадает с

локомоцией. Это характерно для организмов,

отфильтровывающих планктон. Для многих сидячих животных

единственной формой движения является процеживание

окружающей воды, служащей для них источником пищи и

кислорода. Двустворчатый моллюск прокачивает и фильтрует

воду, и приливный ритм этой активности можно выявлять в

постоянных условиях по скорости очистки воды от коллоидной

взвеси графита. У некоторых других двустворчатых моллюсков

наблюдаются приливно-отливные ритмы открытия раковины.

Такие ритмы у моллюсков обычно имеют также четкие

циркадианные составляющие; это наблюдается и у ракообразных.

Ритмы спаривания

Повышенная тенденция к спариванию в определенное время дня

является таким же фундаментальным ритмом поведения, как и

циркадианные изменения в локомоторной активности. У

насекомых изучались в лабораторных условиях циркадианные

ритмы спаривания. К этой категории ритмов относится

образование копуляционных роев (особенно у длинноусых

двукрылых), выделение феромонов (особенно у ночных бабочек),

«пение» (особенно у прямокрылых) и люминесценция (у

светляков). Апорке роится при постоянном слабом освещении с

приблизительно суточными интервалами. У некоторых видов

максимумы роения совпадают с резким повышением

чувствительности к звуку, сопровождающему полет самки, только

в течение примерно часа около максимума локомоторной

активности в сумерки. Самец плодовой мушки при постоянных

условиях проявляет реактивность в отношении самок с широким,

но крутым максимумом в сумеречное время; в природных

условиях этот максимум чувствительности сужен примерно до 30

мин из-за чувствительности самцов к критической низкой

интенсивности света (10 лк). Точность границ

таких временных «ворот» для спаривания служит механизмом

межвидовой изоляции. Наиболее изучены ритмы, связанные с

половыми феромонами. Соответствующее поведение включает,

по меньшей мере, три главных ритмических компонента. Во-

первых, «привлекаемый» пол обычно проявляет локомоторную

активность, пик которой совпадает с пиком для спаривания. Во-

вторых, «призывное» поведение самок (или самцов), обычно

связанное с уменьшением подвижности насекомого и с

экспозицией железы, выделяющей феромон, почти всегда

приурочено к определенному времени дня, с максимумом около

середины локомоторной фазы у другого пола. В-третьих, у

подвижного, привлекаемого пола имеется максимум

чувствительности к феромону, совпадающий с пиком

«призывного» поведения. «Привлекающий» пол в это время

наиболее рецептивен по отношению к попыткам спаривания со

стороны «привлекаемого». Для всех этих компонентов ритма

было показано, что в постоянных условиях они ведут себя как

свободнотекущие, хотя не для всех трех эти данные относятся к

какому-то одному виду. Ритмы репродуктивного поведения

Так же как и спаривание, последующее поведение самки,

связанное с размножением, обычно находится под циркадианным

контролем. Например, ритм откладки яиц у хлопковой совки,

кобылок и комаров и откладки личинок мухой цеце носит явно

циркадианный характер. Несомненно, такими же окажутся и

суточные ритмы яйцекладки у других видов, например у

паутинного клещика. Однако, предполагая циркадианный

контроль такого поведения, нужно быть осторожным: хотя ритм

яйцекладки у клопа и сохраняется при постоянном свете в течение

пяти поколений, он, по-видимому, лишен температурной

компенсации: частота откладки яиц самкой пропорциональна

скорости их развития. С другой стороны, это могло бы означать

только то, что цикл образования желтка зависит от температуры

(как оно и должно быть) и что циркадианный контроль

яйцекладки при постоянном освещении нарушается.

Поведение, ограниченное «воротами»

Имеется целая группа циркадианных ритмов, касающихся

событий, которые происходят лишь один раз в жизни каждой

особи (например, выведение имаго или вылупления из яйца).

Такие события проявляются как «ритмы» только в смешанно-

возрастных популяциях, но их наступление все же определяется

циркадианными часами, действующими в каждой особи, и эти

события происходят тогда, когда циркадианные «ворота»

открыты. Так, при СТ 12 : 12 окукливается в любое время дня, но

выход имаго происходит только между рассветом и полуднем

(ритм с «воротами», при ТТ свободно протекает с приблизительно

суточным периодом). Если «ворота» для перехода во взрослую

стадию сегодня пропущены, то теперь этот переход может

совершиться лишь завтра, послезавтра и т. д. Феноменология

«ворот» для выведения имаго особенно основательно изучена у

Бгозоркпа, но такого же рода ограничение продемонстрировано

также у сатурний, хлопковой совки, мухи цеце, москитов и

морских мелких двукрылых насекомых. У дрозофилы и

хлопковой совки «ворота» существуют именно для выхода имаго,

но у других насекомых дело может обстоять иначе. Например, у

комаров «воротами» ограничено окукливание, а вылет имаго

просто следует за ним спустя определенное время, зависящее от

температуры и не поддающееся захватыванию. Линьки личинок,

быть может, сами не ограничены «воротами», однако

циркадианный осциллятор, управляющий «воротами» для

окукливания или для выхода взрослой особи, уже, возможно,

действует у личинок, так как он поддается захватыванию уже в

первом личиночном возрасте. Циркадианные «ворота» для

вылупления из яйца, по-видимому, были изучены только у

хлопковой совки и комаров, но вполне вероятно, что это весьма

обычное явление. Концепцию «ворот» относят главным образом к

событиям, происходящим в жизни особи лишь однажды, таким,

как выведение имаго или вылупления из яйца, которые обычно

рассматривают как стадии развития. Однако речь идет в этом

случае о «воротах» для поведения, а не для развития, так как

морфогенетический компонент всегда создается за несколько

часов или дней до того, как начинаются поведенческие

проявления. Никакая другая форма поведения, осуществляемая

один раз в жизни, не изучена так детально, однако принципы

остаются теми же, так как «воротами», по-существу, ограничено

не развитие, а поведение, которое неизбежно следует дискретной,

никогда не повторяемой программе. Поэтому контроль «ритмов»

качественно отличается от контроля более обычных форм

поведения, повторяющихся изо дня в день. Однако и среди

каждодневных форм поведения есть акты, контролируемые с

участием «ворот». К тому же классу форм поведения, относятся

ритмы «отпадения» после кровососания у личинок клещей.

Личинки должны несколько дней сосать кровь, а затем покинуть

хозяина для линьки. Однако, чтобы повысить шансы найти

хозяина на следующей личиночной стадии, клещу нужно отпасть

в то время, когда хозяин находится в гнезде. А так как последнее

обстоятельство регулируется циркадианным ритмом активности

самого хозяина, клещ соответственно приспосабливает момент

своего отпадения, согласуя его при помощи «ворот» с

надлежащей фазой хозяина.

Ритмы ориентационного поведения

У виргата ритм проявляется в вертикальной миграции в песке

приливной зоны; он вызывает интерес с точки зрения контроля

осциллятором, так как при ТТ положительный, направленный

вверх фототаксис наблюдается только во время субъективных

циркадианных фотофаз, которые должны совпадать с отливом.

Таким образом, поведение

контролируется здесь как приливным, так и циркадианным

ритмами. (фото-свет, таксис-врожд-ые , ген-ие реакции на

опред-ые агенты среды)

Такие ритмы фототаксиса действительно могут быть обусловлены

циркадианными изменениями в фотоположительной

реактивности; но, строго говоря, ни для одной из описанных

реакций не доказано, что она определяется именно фототаксисом,

а не фотокинезом. (кинез- элем-ые инстинктивные движения)Во

всех этих реакциях, очевидно, есть сильные кинетические

составляющие, связанные с ритмом локомоторной активности;

наблюдаемые ритмы ориентации могут быть в большей мере

результатом циркадианного изменения в интенсивности

локомоции, чем в самой по себе фотореактивности.

Таксический ритм несколько иного типа был найден у лесного

сверчка. Будучи помещены в центр дна белого цилиндра

диаметром 30 см, сверчки направляются к широким

вертикальным черным полосам на стенках цилиндра с частотой,

изменяющейся на протяжении суток (при СТ 12: 12) в пределах

примерно от 20 до 90% всех проведенных в данное время проб.

Этот ритм не имеет явной связи с уровнем подвижности

(измерявшимся как скорость бега), если не считать тенденции

находиться в противофазе по отношению к ритму подвижности (т.

е. со сдвигом около 180°).

Чувство времени

У некоторых беспозвоночных имеется особого рода ритм,

связанный с ориентацией по солнцу, т. е. менотаксической

ориентацией, когда сохраняется постоянный угол относительно

направления на солнце (или луну). Если путешествие коротко,

значительной ошибки в направлении не возникает; но так как

азимут солнца (угол между плоскостью меридиана и

вертикальной плоскостью, проходящей через солнце) изменяется

в среднем на 15° в час, то передвижение, которое длится около

часа или дольше, будет неточным, если не вносить поправку на

перемещение солнца. Пчелы, водомерки, песчаные скакуны,

крабы и многие мигрирующие позвоночные— все способны

вносить такую поправку.

У песчаных скакунов (береговые амфиподы) это проявляется

следующим образом. Эти животные обитают в супралитораль-ной

зоне, где днем они зарываются в песок, а ночью выходят

добывать пищу, направляясь в сторону суши. Обеспокоенные

чем-нибудь или по окончании кормежки животные возвращаются

в свое убежище, двигаясь под углом 90° к местной береговой

линии. Ориентируясь по луне, они с учетом времени находят этот

угол с точностью примерно ±20°, что, по-видимому, достаточно

для их целей. Более точный учет времени существует у пчел. Они

способны находить источник пищи, запомнив направление к нему

относительно солнца в другое время, и могут также указывать это

направление другим пчелам, исполняя на соте «виляющий танец»

(при этом они воспроизводят соответствующий угол

относительно вертикали). Более того, «марафонские танцоры» в

течение нескольких часов могут указывать направление к новому

гнезду с точностью ±2° в любое время дня или ночи.

Эта способность, по крайней мере, у пчел, обусловлена

циркадианным контролем поведения, на что указывает ее тесная

связь с ритмом локомоции. Весьма важным циркадианным

компонентом в ориентации по солнцу является способность в

любой момент «знать» время суток независимо от внешних

сигналов -как бы «постоянно действующие биологические часы».

Очевидно, центральная нервная система может со значительной

точностью (у пчел примерно ,±8 мин) определять время в любой

момент циркадианного цикла, так что поведение, требующее

ориентации, постоянно сопряжено с циркадианной осцилляторной

системой.

Ритмичность в процессах научения

Насекомые и большинство других беспозвоночных (кроме

головоногих моллюсков) плохо обучаются.

изучались поведение дождевых червей в Т-образном лабиринте,

тренируя их с помощью электрошока. В утреннее время нужный

поворот в лабиринте вырабатывался после 45 проб, тогда как

ночью для этого требовалось лишь 32 пробы.

Однако пчелы (и другие высшие перепончатокрылые) обладают

высокой способностью к научению, и хотя ритмичность в этих

процессах у них не доказана, они могут вырабатывать то, что

можно было бы назвать приобретенным ритмом. В природе пчелы

научаются верно выбирать время для посещения цветков,

содержащих нектар только в определенные часы суток. Кроме

того, путем тренировки можно добиться, чтобы они посещали

искусственные источники пищи до девяти раз в день в

определенные часы и даже руководствовались в нужное время

нужным запахом, если в разное время пища давалась в сочетании

с каким-то одним из двух запахов.

Ритмические изменения реактивности

Для реализации ритмов поведения (питания, спаривания,

откладки яиц и т. д.) необходимы ритмические изменения порогов

соответствующих реакций. Однако сенсорные (рецепторные) или

поведенческие пороги очень редко изучались в связи с

циркадианными ритмами. Один из исследованных примеров -

упоминавшееся выше циркадианное изменение порогового

светового стимула для движения по направлению вверх у дафнии.

Другой пример - изменения пороговой концентрации феромона

для вызывания половой реакции у бабочки-самца. Третий пример

касается рефлекса вытягивания хоботка у мясной мухи при

воздействии сахарозы.

Это, по-видимому, единственные случаи, когда влияние

циркадианного времени на поведенческие пороги было изучено с

большой экспериментальной точностью (т. е. в различное время

дня серия стимулов разной силы испытывалась на группе особей

и определялась интенсивность стимуляции, необходимая для того,

чтобы вызвать ответ в 50% случаев). Наблюдения циркадианного

поведения на группах животных позволяют предполагать такую

же нервную основу, когда реактивность популяции по отношению

к периодически предъявляемому стандартному стимулу (т. е. доля

реагирующих особей) изменяется на протяжении суток.

Происхождение ритмов реактивности в принципе может быть:

1) периферическим (изменение чувствительности рецепторов),

2) центральным (изменение порогов интегративных

функций ЦНС) и

3) комбинированным (с участием обоих механизмов).

Первый механизм часто встречается в глазах членистоногих.

Например, в фасеточных глазах жуков и крабов с цир-кадианным

ритмом происходит дистальное и проксимальное перемещение

пигментов, экранирующих омматидии. Это изменяет

электрическую реакцию сетчатки на свет и остроту зрения (по

данным оптомоторной реакции). Сходные периферические

изменения чувствительности, обусловленные иными

физиологическими механизмами, происходят и в простых глазах

камчатского краба, скорпионов и пауков.

Хотя в зрительных системах такого рода периферические ритмы

широко распространены, в других сенсорных системах описан

только один подобный пример - это ритм чувствительности

антеннальных рецепторов у самцов некоторых комаров к звуку

полета самок. С этой точки зрения были изучены еще три

поведенческих ритма, но ни в одном случае не было обнаружено

аналогичных ритмов чувствительности рецепторов. Первый из

этих случаев - ритм чувствительности бабочек-самцов к половому

феромону самки.

Ритмы поведенческой реактивности связаны не с

периферическими ритмами чувствительности рецепторов, а с

ритмами в процессах центральной интеграции соответствующих

афферентных сигналов.

Общая циркадианная организация поведения

Для циркадианных поведенческих ритмов характерно то, что у

каждого данного вида многие формы поведения совпадают по

фазе. В этом отношении наиболее подробно изучена муха цеце, но

совпадающие по фазе циркадианные ритмы существуют также у

дождевых червей (способность к научению, ло-комоция), комаров

(полет, спаривание), бабочек (полет), а также у позвоночных —

птиц и человека. Совпадение некоторых из этих ритмов

обусловлено прямым или косвенным влиянием ритма локомоции,

но во многих случаях соответствующие формы поведения

связаны с различными сенсорными системами, как, например, у

дождевых червей, водомерок и мух цеце. Поскольку фактические

данные во многих случаях указывают скорее на центральную, чем

на периферическую природу этого контроля, можно было бы

выдвинуть следующую простую гипотезу об организации

системы в целом: возможно, что все ритмы различных реакций -

это производные суточного цикла центральной возбудимости.

Однако в любой подобной гипотезе должно учитываться

следующее: 1. В отличие от поведенческих актов, происходящих

лишь один раз в жизни и контролируемых циркадианными

«воротами», каждодневные формы поведения должны

управляться циркадианными часами на протяжении всего

суточного цикла. На это ясно указывают те локомоторные ритмы,

которые явно все время модулируются (например, у мухи цеце), и

тот факт, что пчелы, песчаные скакуны и другие виды,

ориентирующиеся по солнцу (или луне), могут в любой момент

«узнавать» циркадианное время.

2. В отличие от контроля ритмов «одноразового» поведения,

контроль повседневной активности должен осуществляться

нежестким, вероятностным, способом; фаза максимума

локомоторной активности, например, не вся заполнена

движением, и, наоборот, в фазе покоя обычно происходят и

некоторые передвижения. Для гибкой адаптации необходимо,

чтобы контроль поведения позволял животному реагировать на

непредвиденные обстоятельства (например, на появление пищи,

полового партнера или хищника). Поэтому циркадианное

управление поведением не может осуществляться по типу «всё

или ничего», как, запуск поведения, связанного с выходом имаго

из куколки. 3. Циркадианные сдвиги в поведении представляют

собой отклонения от некоторых средних уровней, изменяющихся

ото дня ко дню в результате таких физиологических сигналов,

как, например, голод. 4. Циркадианные изменения реактивности

обычно связаны с центральной переработкой сенсорной

информации, а не с изменением чувствительности

периферических рецепторов. 5. У каждой особи циркадианные

изменения во многих сенсорно-моторных системах происходят

синфазно. 6. Возможны также циркадианные изменения в

чувствительности периферических рецепторов.

7.Отнюдь не все формы поведения животного изменяются на

протяжении суток параллельным образом: некоторые из них,

особенно взаимоисключающие, изменяются с явным сдвигом по

фазе. 8. Возможны фазовые сдвиги и дифференциальные

изменения в циркадианном паттерне в результате воздействия

других входных сигналов; иногда могут даже выпадать целые

фазы.

Колебатели ин витро.

Относительная легкость, с которой небольшие участки нервной

системы беспозвоночных удается поддерживать в живом

состоянии несколько дней или даже недель (в физиологическом

растворе или в культуральной среде), позволила выявить в ряде

случаев нейронные циркадианные колебатели. В этом плане

наиболее изучен циркадианный ритм в изолированном глазу

морского брюхоногого моллюска Аплизиа. Глаз этого моллюска

диаметром 0,5 - 1,0 мм, содержащий несколько тысяч клеток,

весьма сложен как морфологически, так и в отношении

синаптической организации. Сетчатка содержит клетки

нескольких типов, в том числе, возможно, два вида первичных

рецепторов, вторичные нейроны и нейросекреторные клетки, а

также пигментированные опорные клетки. Зрительный нерв,

соединяющий глаз с церебральным ганглием, имеет длину около

1 см и состоит из аксонов вторичных клеток сетчатки, а также

некоторого числа тонких эфферентных волокон, идущих от

церебрального ганглия к глазу. Активность глаза проявляется в

виде составных потенциалов действия, регистрируемых в

зрительном нерве, которые могут возникать как спонтанно, так и

под влиянием света. Если удалить глаз, поместить его в

профильтрованную морскую воду или в культуральную среду и

держать в постоянной темноте, то частота и амплитуда составных

потенциалов действия будет обнаруживать циркадианный ритм в

течение нескольких дней. Фаза наибольшей активности глаза

соответствует времени субъективного утра, если перед удалением

глаза животное содержали при СТ 12: 12. Ритм глаза может быть

захвачен световыми циклами также ин витро. Таким образом, глаз

Арлизиа содержит как циркадианный колебатель, так и

фоторецептор, необходимый для захватывания.

Циркадианные ритмы частоты потенциалов действия были

обнаружены также в записях активности нервных корешков

изолированных ганглиев. Наблюдали такой ритм при

непрерывной регистрации активности перикардиального нерва,

отходящего от абдоминального (или, иначе,

париетовисцерального) ганглия Арлизиа, который несколько

недель выдерживали ин витро.

Определение локализации путем пересадки

В большинстве работ по локализации нейронных циркадианных

колебателей пытались выявить осциллятор, контролирующий

проявление какого-то конкретного наблюдаемого ритма. В этих

исследованиях, по крайней мере, на раннем этапе, использовался

метод повреждения тканей. Но утрата ритма при каком-то

повреждении - вовсе не обязательно результат разрушения

колебателя; поэтому при интерпретации результатов

хирургического или электролитического повреждения нервной

системы необходима осторожность.

Это затруднение можно преодолеть, используя пересадку тканей.

По крайней мере, в одном случае, где колебатель действовал

гормональным путем, трансплантация ткани предполагаемого

колебателя позволила установить его местонахождение, В серии

экспериментов, ставших уже классическими, Трумен и

Риддифорд убедительно показали, что у бабочек-сатурний

циркадианный колебатель, контролирующий момент выхода

имаго, находится в мозгу. Они исследовали два вида бабочек. У

обоих видов время выведения имаго из куколки ограничено

«воротами», определяемыми циркадианным колебателем. В

условиях постоянной темноты каждая из популяций ежедневно

дает один пик выхода имаго, но у двух видов он приходится на

разное время суток. Если содержать куколок при 24-часовых

циклах СТ 17:7, то имаго Н. появляются внутри «ворот» шириной

около 8 ч, которые открываются спустя 1 ч после «рассвета», в то

время как имаго А. выходят в последние 5,5 ч перед «закатом».

Удаление мозга у куколок не препятствовало выведению, но

приводило к утрате суточного ритма: бабочки появлялись с

равной вероятностью в любое время суток. Если удаленный мозг

реимплантировали в брюшко, нормальный ритм

восстанавливался; в постоянных условиях он был

свободнотекущим, а при цикле СТ бабочки выводились в

надлежащей его фазе. Эти результаты указывали на то, что в

мозгу находятся часы, контролирующие время выхода имаго

путем выделения специального гормона. Однако решающими

оказались эксперименты, в которых удаляли мозг у особей одного

вида и пересаживали его в брюшко особям другого вида.

Насекомые, получившие чужой мозг, проявляли нормальную

ритмичность, но фаза ритма выведения при СТ 17:7 была типична

для донора, а не для реципиента: бабочки А. ретуг выводились из

куколок с мозгом от Н. сесгорга вскоре после рассвета, а Н.

сесгорга из куколок с мозгом от А. регпуг - около заката.

Тот факт, что пересаженный мозг не только восстанавливал

ритмичность, но и определял фазу ритма у насекомого-

реципиента, неоспоримо доказывает, что циркадианный

колебатель, контролирующий время выхода имаго, находится в

мозгу. Для того чтобы выяснить, какой именно участок мозга

выполняет эту функцию, мозг перед трансплантацией разделяли

на части. Результаты показали, что присутствие зрительных долей

не обязательно: одни лишь интактлые церебральные доли

создавали «ворота» для выхода имаго. Но когда церебральные

доли были разрезаны латерально по отношению к медиальным

группам нейросекреторных клеток, которые выделяют гормон,

«запускающий» выход имаго, изолированные медиальные

участки оказались неспособными определять «ворота».

Выяснение локализации путем повреждений

В 1968г. Нисиицуцудзи-Уо и Питтендрих стали исследовать

зрительные доли мозга. По их данным, полное удаление этих

структур или перерезка зрительного тракта вызывает стойкую

аритмию, но не оказывает заметного влияния на общий уровень

активности. Авторы высказали предположение, что эти структуры

содержат колебатель, контролирующий ритм подвижности. Лоэр

наблюдал сходный эффект на сверчках. Он нашел, что

двустороннее удаление зрительных долей совершенно

расстраивает ритм стрекотания, а позднее было показано, что при

этом исчезают также циркадианные ритмы образования

сперматофоров и подвижности. Эти результаты не позволяли

определенно утверждать, что зрительные доли содержат

колебатель, а лишь указывали на то, что они необходимы для

поддержания ритма. В последних экспериментах удалось более

точно локализовать нужные для этой функции клетки и

установить, что они участвуют в работе колебателя.

Как у сверчка, так и у таракана одностороннее удаление

зрительной доли не уничтожает ритмичности. Роберте и Соколов

использовали этот факт для уточнения локализации

предполагаемого колебателя в зрительной доле таракана. Роберте

удалял у тараканов одну зрительную долю целиком, а от другой

отсекал различные участки. Он нашел, что наиболее дистальная

часть нейропиля не существенна для поддержания

свободнотекущего ритма. Однако более проксимальные разрезы,

удалявшие медула, неизменно приводили к утрате ритма.

Удаление части медула давало промежуточные результаты: одна

особь оказалась явно ритмичной, 7 — явно аритмичными, а у 17

ритм проявлялся недостаточно четко. Роберте получил сходные

результаты и при электролитическом разрушении тканей; он

пришел к выводу, что «для нормального свободно-текущего

ритма необходим интактный комплекс «медула-лобула». Соколов

опубликовал аналогичную работу с электролитическим

разрушением небольших участков у леокафае. Подобно Робертсу,

он установил, что разрушение ламина не сказывается на ритме;

однако и после разрушения медула только 3 насекомых из 31

стали явно апериодичными. С другой стороны, повреждение

вентральной половины доли вблизи второй зрительной хиазмы и

лобула часто приводило к утрате ритма. Соколов высказал

предположение, что решающую роль играют тела нейронов в

этом участке мозга и что при хирургических манипуляциях

Робертса повреждались именно эти нейроны.

Более точная локализация участка зрительной доли, играющего

роль в поддержании ритмичности, все же не исключала

возможности того, что эти клетки необходимы только для

проявления ритма, но не составляют самого колебателя. Однако в

двух недавних исследованиях были получены веские данные в

пользу того, что зрительные доли действительно участвуют в

работе колебателя. Хотя для поддержания ритма достаточно всего

одной доли (левой или правой), удаление второй ведет, как

правило, к удлинению свободнотекущего периода, тогда как

контрольная операция, например перерезка зрительного нерва, не

влияет на период. С помощью электролитического разрушения

тканей показано, что участок зрительной доли содержит

клетки, обеспеч-ие норм величину свободнотекущего перио

Циркадианная модуляция сенсорных сигналов

Циркадианная система в значительной степени контролирует

эфферентные пути нервной системы. Есть основания полагать,

что возбудимость сенсорной системы, особенно ее зрительного

отдела, тоже подвержена циркадианной модуляции.

Первым примером циркадианного ритма сенсорной реакции на

стандартные стимулы явился ритм амплитуды

электроретинограммы, обнаруженный у жужелиц

У речного рака и краба наблюдается ритм чувствительности в

одной группе вставочных зрительных нейронов, дающих

тоническую реакцию на изменения освещенности. Активность

этих волокон, регистрируемая хронически вживленными

микроэлектродами, изменяется под влиянием стандартных

световых импульсов, тесно коррелируя с ритмом амплитуды

электроретинограммы. Кроме того, спонтанная активность этих

меток у речного рака в постоянной темноте проявляет

циркадианный ритм: в период субъективной ночи она выше, чем

во время субъективного дня. Происхождение этого ритма может

быть связано с другой группой нейронов зрительного нерва. Это

эфферентные механорецепторные вставочные нейроны,

активность которых ритмически колеблется, (что отражает ритм

локомоторной активности особи) и оказывает облегчающее

влияние на реакцию первой группы волокон, вызываемую светом.

Фоторецепция и захватывание. Локализация фоторецепторов

Тот факт, что циркадианные ритмы могут захватываться

внешними световыми циклами, показывает, что колебатель

должен иметь связь с каким-то фоторецептором. Хотя

местонахождение фоторецепторов, участвующих в захватывании,

в целом известно, все же остается ряд важных вопросов,

касающихся как свойств фоторецепторов, так и процессов

переноса и кодирования информации, необходимой для

захватывания. Дальнейший прогресс в этой области будет

существенно зависеть от точной идентификации фоторецепторов

и проводящих путей, обеспечивающих захватывание. Некоторые

беспозвоночные обходятся исключительно «организованными»

фоторецепторными структурами, такими как сложные глаза.

Другие используют только экстраретинальную фоторецепцию. У

ряда организмов захватывание могут обеспечивать различные

фоторецепторы. Обычно при попытках локализовать эти

фоторецепторы их экранировали от света или же хирургическим

путем прерывали идущие от них пути. Особенно трудно

истолковать результаты, полученные первым методом. Они

достаточно убедительны лишь в том случае, когда после

экранирования определенного фоторецептора исчезает

захватывание, но сохраняется нормальный свободнотекущий

ритм. Однако если прикрытие фоторецептора от света не дает

эффекта, то практически нельзя исключить возможность того,

что-либо - это прикрытие недостаточно, либо свет достигает

фоторецептора каким-то окольным путем.

Хотя захватывание у беспозвоночных часто обходится без

«организованных» фоторецепторов, все же, по крайней мере, в

двух случаях — у таракана и сверчка — сложные глаза служат

единственными фоторецепторами для захватывания.

Роль фоторецепторов сетчатки в захватывании была

продемонстрирована на примере скорпиона. У скорпиона простые

глазки достаточны для захватывания ритма электроретинограммы

в них. После хирургического удаления сложных глаз световые

циклы, воздействующие только на один из двух медиальных

(простых) глазков, могут успешно захватить ритм ЭРГ в простом

глазке другой стороны. Если освещавшийся прежде глазок

закрывали, ритм ЭРГ становился свободнотекущим, даже если

световые циклы продолжали воздействовать на переднюю часть

тела. Ритм медиальных глазков может быть захвачен в результате

местного воздействия слабого света на сложные глаза.

У дрозофилы захватывание ритмов куколки и имаго происходит

помимо фоторецепторов сетчатки. У слепых мутантов дрозофилы,

утративших глаза и простые глазки, ритм выхода имаго поддается

захватыванию световыми циклами, а у взрослых особей таким же

образом может быть захвачен ритм подвижности. У дрозофилы

фаза ритма выведения мух контролируется уже в первом

личиночном возрасте, задолго до созревания сложных глаз.

У речного рака тоже было показано участие экстраретинальных

фоторецепторов в захватывании. Удаление сложных глаз или же

сложных глаз вместе с наиболее дистальным зрительным

нейропилем не влияло на захватывание циркадианного ритма

подвижности. Хвостовой фоторецептор - хорошо известный

светочувствительный нейрон в шестом абдоминальном ганглии -

тоже оказался ненужным для захватывания.

Нервные механизмы захватывания

Некоторые успехи в понимании механизмов преобразования

световых сигналов, приводящего к сдвигу фазы, были достигнуты

при исследовании глаза Ар1уз1а. Эскин начал выяснять детали

физиологии и анатомии проводящих путей для захватывания

изолированного глаза аплизии, используя замену ионов и

нейрофармакологические методы. Им изучалось влияние

различных факторов на сдвиг фазы, вызываемый световым

импульсом. Было установлено, что блокирование деполяризации

мембраны (например, растворами с очень низкой концентрацией

натрия) в то же время препятствует сдвигу фазы под действием

света. Кроме того, факторы, вызывающие деполяризацию

мембран (высокая концентрация К+, строфантидин), сами

вызывают сдвиг фазы (как задержку, так и опережение) в

отсутствие света. С другой стороны, факторы, которые должны

нарушать передачу в химических синапсах (низкая концентрация

кальция, высокая концентрация магния) или блокировать

потенциалы действия (тетродотоксин), не влияют на смещение

фазы под действием света. Эскин предположил, что эти

результаты можно объяснить одним из двух способов

преобразования света в сдвиг фазы: 1) колебатель может

находиться в фоторецептор-ных клетках, и процесс захватывания

связан с нерегенеративным фоторецепторным потенциалом; 2)

колебатель может находиться во вторичных нейронах и получать

сигналы от фоторецепторов через электротонические синапсы.

Оба объяснения согласуются с известными структурными и

электрофизиологическими особенностями глаза аплизии. В

большинстве работ по локализации нейронных циркадианных

колебателен пытались выявить осциллятор, контролирующий

проявление какого-то конкретного наблюдаемого ритма. В этих

исследованиях, по крайней мере, на раннем этапе, использовался

метод повреждения тканей. Но поскольку проявление

ритмичности может быть связано с проводящими путями и

процессами, совершенно отличными от колебателя, утрата ритма

при каком-то повреждении - вовсе не обязательно результат

разрушения колебателя; поэтому при интерпретации результатов

хирургического или электролитического повреждения нервной

системы необходима осторожность. Это затруднение можно

преодолеть, используя пересадку тканей. По крайней мере, в

одном случае, где колебатель действовал гормональным путем,

трансплантация ткани предполагаемого колебателя позволила

установить его местонахождение, В серии экспериментов, Трумен

и Риддифорд убедительно показали, что у бабочек-сатурний

циркадианный колебатель, контролирующий момент выхода

имаго, находится в мозгу. Они исследовали два вида бабочек. У

обоих видов время выведения имаго из куколки ограничено

«воротами», определяемыми циркадианным колебателем. В

условиях постоянной темноты каждая из популяций ежедневно

дает один пик выхода имаго, но у двух видов он приходится на

разное время суток. Если содержать куколок при 24-часовых

циклах СТ 17:7, то имаго Н. появляются внутри «ворот» шириной

около 8 ч, которые открываются спустя 1 ч после «рассвета», в то

время как имаго А. выходят в последние 5,5 ч перед «закатом».

Выяснение локализации путем повреждений

Видимая несостоятельность гипотезы Харкер о том, что у

таракана надглоточный ганглий содержит циркадианный

колебатель, контролирующий ритм активности, побудила начать

поиски в других отделах центральной нервной системы. В 1968г.

Нисиицуцудзи-Уо и Питтендрих стали исследовать зрительные

доли мозга. По их данным, полное удаление этих структур или

перерезка зрительного тракта вызывает стойкую аритмию, но не

оказывает заметного влияния на общий уровень активности.

Авторы высказали предположение, что эти структуры содержат

колебатель, контролирующий ритм подвижности. Лоэр наблюдал

сходный эффект на сверчках. Он нашел, что двустороннее

удаление зрительных долей у сверчков совершенно расстраивает

ритм стрекотания, а позднее было показано, что при этом

исчезают также циркадианные ритмы образования сперматофоров

и подвижности. Эти результаты не позволяли определенно

утверждать, что зрительные доли содержат колебатель, а лишь

указывали на то, что они необходимы для поддержания ритма. В

последних экспериментах удалось более точно локализовать

нужные для этой функции клетки и установить, что они

участвуют в работе колебателя.

Как у сверчка, так и у таракана одностороннее удаление

зрительной доли не уничтожает ритмичности. Роберте и Соколов

использовали этот факт для уточнения локализации

предполагаемого колебателя в зрительной доле таракана. Роберте

удалял у тараканов одну зрительную долю целиком, а от другой

отсекал различные участки. Он нашел, что наиболее дистальная

часть нейропиля не существенна для поддержания

свободнотекущего ритма. Однако более проксимальные разрезы,

удалявшие медула, неизменно приводили к утрате ритма.

Удаление части медула давало промежуточные результаты.

Роберте получил сходные результаты и при электролитическом

разрушении тканей; он пришел к выводу, что «для нормального

свободнотекущего ритма необходим интактный комплекс

«медула-лобула». Соколов опубликовал аналогичную работу с

электролитическим разрушением небольших участков у лекофае.

Подобно Робертсу, он установил, что разрушение ламина не

сказывается на ритме; однако и после разрушения медула только

3 насекомых из 31 стали явно апериодичными. С другой стороны,

повреждение вентральной половины доли вблизи второй

зрительной хиазмы и лобула часто приводило к утрате ритма.

Соколов высказал предположение, что решающую роль играют

тела нейронов в этом участке мозга и что при хирургических

манипуляциях Робертса повреждались именно эти нейроны.

Ганс Калмус первым обратил внимание на глазные стебельки

десятиногих раков. Он сообщил, что удаление этих структур

приводило к видимой утрате циркадианного ритма подвижности.

Позднее сходные результаты получили Шаллек и Роберте. Эти

исследования показали, что удаление глазных стебельков

нарушает нормальную регуляцию локомоторной активности и в

большинстве случаев полностью затемняет проявление

периодичности.

Созревание колебателя и наблюдаемых ритмов

Термины «колебатель» и «осциллятор» обычно будут

употребляться в единственном числе, хотя действительный

физиологический колебатель может состоять из многих

компонентов или по меньшей мере может быть представлен

двумя симметричными центрами в разных полушариях мозга. В

главе рассмотрены лишь подлинные циркадианные ритмы, т. е. те,

которые сохраняются в постоянных условиях. Суточные ритмы,

наблюдаемые только при чередовании света и темноты, а в

постоянных условиях затухающие, не обсуждаются.

При исследовании онтогенетического развития циркадианных

ритмов возникает важный вопрос: может ли какая-либо

информация о ритмах передаваться потомкам через яйцо? Иными

словами, существует ли какое-то кодированное сообщение о фазе

или периоде колебаний, переходящее от поколения к поколению?

Мутации, изменяющие свободнотекущий период, действительно

встречаются. Из этого следует, что информация о длине периода

может быть закодирована в ДНК и затем воспроизведена в

следующем поколении. Каких-либо других данных по этому

вопросу очень мало. Одно чрезвычайно интересное сообщение

касается плодовой мушки, у которой фаза ритма куколочной

линьки будто бы может передаваться потомству от матери.

Правда, эти сведения до сих пор остаются неподтвержденными.

Такая передача фазы могла бы означать, что, либо в яйце

продолжаются колебания, фаза которых установлена матерью,

либо информация о фазе сохраняется во время отсутствия

колебаний в закодированной форме. Подобное кодирование фазы,

возможно, происходит у пчел, поскольку было показано, что

заученное время кормления (т.е. определенная точка

циркадианного цикла) может быть передано необученной пчеле

путем пересадки замороженной ткани мозга пчелы-донора.

Другой важный вопрос касается взаимоотношений между

появлением наблюдаемого ритма и созреванием осциллятора,

который его контролирует. Например, у дрозофилы момент

выхода взрослой особи из куколки ограничен «воротами»,

контролируемыми циркадианным осциллятором. Ступенчатый

переход от света к темноте на стадии личинки, а также импульсы

света или изменения температуры на стадии куколки способны

определить фазу ритма выведения. Информация о фазе в

принципе могла бы запасаться в какой-то «свернутой» форме на

стадии личинки и куколки, а проявляться лишь после созревания

цирка-дианных колебателей; или же на этих стадиях могли бы

происходить скрытые колебания, проявление которых в виде

наблюдаемых ритмов отсрочено до взрослой стадии. На самом

деле имеет место второй вариант, что было показано в изящных

экспериментах с измерением кривой смещения фазы (КСФ) при

воздействии вспышек света через регулярные промежутки

времени на стадии куколки. В каждый из пяти дней

существования куколки были получены сходные КСФ, откуда

следует, что в это время действительно продолжались

циркадианные колебания.

Генетика колебателя и наблюдаемых ритмов

При исследовании роли наследственности в циркадианной

организации обычно применяют два подхода: мультигенный

анализ, который включает сравнение фенотипов разных линий и

искусственный направленный отбор, и анализ отдельных генов, т.

е. выяснение действия мутаций в отдельных локусах на

параметры ритмов.

Первый подход ограничен в своих возможностях из-за трудности

разделения эффектов, вызываемых отдельными генами.

Например, при отборе, для того чтобы вызвать то или иное

изменение ритма, может потребоваться совместное действие

многих генов, и вклад каждого отдельного гена может остаться

неясным. Тем не менее, такой подход позволяет исследовать

корреляции различных эффектов, вызываемых отобранными

генами, что помогает представить общую организацию

циркадианной системы. Второй подход связан с выделением

мутаций, получаемых обычно с помощью химических мутагенов,

в тех отдельных локусах генома, которые влияют на тот или иной

параметр ритма. Это позволяет изучать действие определенных

генов на ритм. Кроме того, поскольку мутантная линия

отличается от дикого типа одним-единственным геном,

теоретически возможно выделить и идентифицировать продукт

этого гена - вещество, количественное или качественное

изменение которого ведет к определенному, воспроизводимому

изменению циркадианного ритма. Ниже рассмотрены примеры

обоих подходов.

Мультигенный анализ

Нейман изучал у комара С1ито, обитающего в приливной зоне,

различия между природными популяциями по времени выведения

имаго. Линии, выделенные в разных местах европейского

побережья, различаются по этому признаку, так как они

приспособлены к местным особенностям приливов и отливов.

После скрещивания двух линий с разным временем выхода имаго

первое поколение потомков выводилось в какое-то

промежуточное время. Возвратное скрещивание первого

поколения с одной из родительских линий тоже давало

промежуточное время. Таким образом, время выхода взрослой

формы у С1ипю кон-

69 тролируется продуктами одного или нескольких генных

локусов. У гетерозигот это время выхода зависит от средней

активности продуктов всех локусов, а не от простого сложения их

эффектов, так как в последнем случае получился бы

двувершинный ритм с пиками, соответствующими временам

выхода имаго у двух родительских форм.

Ренсинг и др. исследовали межлинейные различия в суточном

профиле потребления кислорода у О. те1апо§аз!ег. В результате

сравнения линий с разным соотношением числа Х-хромосом и

аутосом был сделан вывод, что Х-хромосома существенно влияет

на положение вечернего максимума потребления Ог при режиме

СТ 12: 12.

У дрозофилы и бабочки пектинофоры путем отбора можно

получить линии с ранним и поздним временем выведения. Отбор

в лабораторной популяции Э. те1апо§аз1:ег дикого типа привел к

большему размаху вариаций по этому признаку, чем отбор в

природной линии мух; это свидетельствует о том, что длительное

разведение в лаборатории ослабило давление отбора. В результате

селекции ^. рзешЗооЪзсига на протяжении 50 поколений были

получены две стабильные линии с ранним и поздним временем

выведения имаго, различие между которыми составляло около 4

ч. Однако КСФ для обеих линий, как выяснилось, совпадают;

значит, отбор, вероятно, затронул лишь внешние ведомые

системы (которые сами по себе могут быть колебательными), но

не ведущий осциллятор, способный непосредственно реагировать

на свет.

В результате отбора ранней и поздней линий РесНпоркога было

получено 5-часовое различие фаз выведения. КСФ у этих двух

линий не измерялись, но зато были сопоставлены различия по

трем наблюдаемым ритмам. Оказалось, что на ритмы вылуп-

ления из яиц и выхода из куколки отбор повлиял одинаково: по их

фазам при режиме СТ 14 : 10 линии различались на 5 ч. Ритм

откладки яиц, напротив, у обеих линий совпадал.

Таким образом, путем отбора удалось выявить различие двух

колебателей, задающих ритмы вылупления и выхода из куколки, с

одной стороны, и ритм яйцекладки - с другой.

Анализ отдельных генов

У двух видов дрозофилы были найдены мутации отдельных

генов, влияющие на ритмы выхода из куколки и подвижности

взрослых особей. В Х-хромосоме Т. было локализовано 5

мутаций, вызывающих аритмию в условиях постоянного

освещения. У мутантов при переменном освещении в той или

иной степени проявлялись вынужденные, экзогенные ритмы

выведения имаго. Эти пять мутаций можно было разделить на две

комплементационные группы. Двойные гетерозиготы внутри

каждой группы в постоянных условиях были аритмичны, в то

время как у двойных гетерозигот с мутациями из разных групп

наблюдались свободнотекущие ритмы с более длинным

периодом, чем у дикого типа, а фазы их ритмов запаздывали

примерно на 5 ч относительно фаз дикого типа, как при

переменном освещении, так и в постоянных условиях после

захватывания. Таким образом, комплементация между двумя

группами «аритмичных» мутаций оказалась неполной. Это

позволяет думать, что для нормального ритма необходимы по

меньшей мере два различных генных продукта. Результаты

указывают также на то, что и период, и фаза ритма находятся под

генетическим контролем и что продукты генов, участвующие в

поддержании ритмичности, в то же время влияют на фазу ритма.

Из того факта, что у мутантов утрачены как ритм выведения, так и

ритм подвижности, следует, что осцилляторы, контролирующие

эти ритмы, имеют, по крайней мере один общий компонент, хотя

у мух дикого типа свободнотекущий период второго ритма

значительно короче, чем первого.

У Т. в Х-хромосоме были найдены четыре мутации, влияющие на

период ритмов выведения и двигательной активности имаго. Три

из них - аллельные и локализованы в области ЗВ1-2. Четвертая

находится в области 10; она удлиняет периоды обоих ритмов на

1,5 ч. Три мутации из области ЗВ1-2 относятся к локусу рег.

Изменения этого локуса могут сокращать период ритма до 19 ч,

удлинять его до 29 ч или вовсе уничтожать ритмичность.

Свободнотекущие периоды обоих ритмов у Э. такие же, как у Т.

Хотя мутации резко изменяют периоды ритмов выведения и

подвижности имаго, оба периода все же остаются мало

зависимыми от температуры в диапазоне от 18 до 25 °С. Однако

температурная зависимость при этих двух мутациях

противоположна: у мутантов рег1 период с повышением

температуры удлиняется, а у рег5 - укорачивается; иными

словами, при низких температурах периоды обоих мутантов

приближаются к периоду дикого типа. Таким образом, эти

мутации влияют и на чувствительность колебателя к температуре.

Область Х-хромосомы, на которой картированы аллели рег, была

подробно исследована Джаддом и др. В этой области число

комплементационных групп леталей примерно равно числу

видимых хромосомных дисков. Генетический анализ позволяет

думать, что каждая такая группа соответствует определенному

диску. Однако локус рег не является аллелем какой-либо из

леталей этой области. Очевидно, это не жизненно важный локус,

поскольку его мутации не приводят к гибели насекомого.

Возможно, что локус рег - регуляторный, а не структурный ген.

Активность

Контролируемые условия, необходимые для исследования

эндогенных параметров ритмичности, не позволяют изучать

влияние многих факторов среды, которые в природных условиях в

значительной мере определяют профиль активности. К таким

факторам относятся физические параметры среды - как

предсказуемые из поколения в поколение (сезонные, лунные и

приливные циклы), так и трудно предсказуемые (характер

местности, погода) - и биологические факторы, например

качество и доступность пищи, наличие других организмов,

которые могут быть конкурентами, партнерами (половыми и др.),

хищниками или жертвами. Все факторы среды влияют на

проявления ритмичности поведения у млекопитающих.

Влияние факторов среды. Социальные факторы. Стимулы,

создаваемые особями того же вида, хищниками или

конкурентами, могут влиять на ритмичность поведения у многих

видов млекопитающих.

Джонсон предположил возможность социальной синхронизации

между животными одного вида; он отметил, что грызуны,

живущие вместе, обнаруживают тенденцию к сходству ритмов

активности. У самцов небольшой антилопы, помещенных в загон

отдельно от самок, регистрировался двувершинный профиль

активности, тогда как у самок было три пика активности каждую

ночь. Если самцы были отделены от самок только проволочной

сеткой, у них проявлялся такой же профиль активности, как и у

самок в ответ на активность самок.

Ритмы активности у Макак были синхронными когда животные

могли только видеть и слышать друг друга, но свободный бег в

условиях изоляции не выявлялся достаточно четко, чтобы можно

было судить о роли социальных факторов. В другой работе у того

же вида были обнаружены ультрадианные циклы общения в парах

обезьян, до этого не знакомых друг с другом; в большинстве

случаев период цикла общения соответствовал периоду цикла

исследовательской активности у доминирующей особи.

У млекопитающих ритмичность матери может влиять на

ритмичность ее потомков. Иногда социальные контакты приводят

не к взаимной синхронизации, а к избеганию, и тем самым

синхронизация поведения достигается «путем исключения». В

группе крыс при полуестественных условиях доминирующие

животные вытесняли подчиненных с участка кормления в

определенное время дня, видимо своими агрессивными

действиями. Лунные циклы. У многих животных, особенно у тех,

жизнь которых связана с приливами, профиль активности

модулируется лунными циклами. Принято считать, что на

активность сухопутных млекопитающих эти циклы не влияют.

Результаты исследований, указывают на модуляцию профилей

активности ночных млекопитающих лунным светом.

При ярком лунном свете ритмы активности снижаются у полевок

и летучих мышей. Искусственное освещение выхода из убежища

задерживало вечерний вылет лет мышей, которые

обычно покидают места ночлега, когда сумеречная освещенность

снижается до определенного уровня. Ночная обезьяна, наиболее

деятельна при максимальной интенсивности лунного света: в

новолуние ее активность сокращается до двух вспышек — на

рассвете и на закате.

Научение и память

Выполнение лабораторными животными задач, требующих

научения, меняется в зависимости от фазы светового цикла. Такие

вариации были описаны для условного торможения реакции, для

избегания, для задач с лабиринтом и для выработки вкусового

отвращения. Суточные ритмы могут влиять на процессы научения

и на выполнение усвоенных задач различными путями. Они могут

изменять 1) уровень бодрствования, мотивацию (например, голод)

или пороги чувствительности во время обучения или

тестирования животного и тем самым изменять относи тельную

эффективность различных сигналов, а также вознаграждения или

наказания; 2) способность к закреплению и сохранению

информации, приобретаемой во время тренировки; 3) способность

извлекать эту информацию из памяти при тестировании.

В большинстве исследований не делалось попыток раздельно

оценивать многочисленные факторы, которые могли бы влиять на

результаты научения в зависимости от времени. В одной работе

показатель выполнения задачи (но не способность к научению)

зависел от времени тестирования; в другой работе результаты

были вначале одинаковыми во всех группах животных, но

прочность навыка оказалась весьма различной при обучении в

разное время суток. Мыши, подвергнутые сразу после обучения

электрошоку, одинаково теряли память и ночью, и днем, но то же

воздействие спустя 3 мин после обучения нарушало память

только во время темной фазы светового цикла. Не исключено, что

консолидация следов памяти в разное время дня происходит с

разной скоростью. Косвенные данные указывают на то, что в

формировании ритмов обучаемости и запоминания существенную

роль играют ритмы, как сенсорного восприятия, так и

центральной переработки информации. Были описаны суточные

вариации чувствительности к внешним стимулам и колебания

других функций) нервной системы, в том числе, возможно,

имеющих отношение к памяти.

Тип наблюдаемого ритма научения зависит от использованной

задачи. Когда крысы в задаче на пассивное избегание должны

были подавлять свою активность, они показывали лучшие

результаты при испытании в светлой фазе цикла; в тесте на

активное избегание в конце светлой фазы результаты были лучше,

чем в ее начале. Влияние лекарственных препаратов тоже зависит

от времени их введения относительно эндогенных гормональных

и нейрохимических ритмов. Так, введение меланоцит-

стимулирующего гормона в темной фазе СТ-цикла улучшает

результаты (удлиняет латентный период нежелательной реакции)

в тесте на пассивное избегание, а в светлой фазе совершенно

неэффективно. Поэтому, оценивая действие лекарственных

препаратов на обучаемость только по одной фазе, легко прийти к

ошибочным выводам.

Запоминание циркадианного времени. Упреждающая активность

у крыс при ограниченном режиме кормления по крайней мере

внешне очень сходна с хорошо изученной «памятью на время».

Ряд данных показывает, что это явление - не прямая реакция на

длительное голодание с последующим насыщением. Животные

способны упреждать события, следующие только через

циркадианные интервалы, причем может быть и не одно такое

событие в каждые сутки.

Ритмы активности у птиц, земноводных, птиц, пресм

У дневных птиц типичный суточный профиль активности

включает один пик после рассвета и второй - перед закатом.

Такой же двувершинный профиль характерен для многих частных

форм поведения, включая кормление, пение и крики, ухаживание

и спаривание), защиту территории. Рассветный пик активности

обычно бывает больше и может включать такие формы поведения

(например, устройство гнезда), которые редко наблюдаются в

другое время дня. Однако некоторые птицы наибольшее

количество пищи съедают в конце дня. Расположение этих пиков

активности в природных условиях тесно связано с меняющимся

временем наступления рассвета и вечерних сумерек.

Освещенность в остальное время дня тоже играет значительную

роль: странствующие дрозды начинают петь раньше, если перед

рассветом была лунная ночь. Некоторые виды используют

преимущество искусственного освещения для поисков пищи до

рассвета и после заката. Территориальные демонстрации у

воротничкового рябчика, обычно наблюдаемые днем, сильно

стимулируются ярким лунным светом; у буревестников в лунные

ночи продлевается время кормления и снижается активность,

связанная с размножением. Влияние света на поведение

модулируется другими факторами: после теплой ночи,

сберегающей метаболическую энергию, рассветное пение может

быть продлено и кормление тогда начинается позже; ветер и

дождь могут подавлять пение; воробьиные овсянки в период

накопления жира перед миграцией перестают кормиться вскоре

после полудня, даже если их перед этим лишали пищи.

Пресмыкающиеся Существование эндогенной циркадианной

ритмичности у рептилий было известно еще давно, но в

большинстве работ подчеркивалось, что профиль активности этих

пойкилотермных животных определяется главным образом

поведенческой терморегуляцией. Это соображение особенно

очевидно в случае сезонных изменений профиля активности у

змей. Например, гадюка зимой в убежище бывает вялой и

инертной, весной и осенью активна днем, а летом - в ночное

время.Все это можно просто объяснить тем, что змея ищет

оптимальную зону температур и избегает активности, когда

температура становится слишком высокой или слишком низкой.

Земноводные Наиболее достоверные данные о лабильности

ритмов у земноводных касаются изменений поведения в связи со

стадиями развития и временами года. Водные личинки тритонов

активны днем, а взрослые особи, живущие в сезон размножения в

воде, главным образом ночью; остальное время жизни взрослые

особи проводят на суше, где остаются ночными, но активность их

сдвинута по фазе относительно активности в водной стадии.

Химштедт описал профили активности у личинок и взрослых

хвостатых амфибий, живущих в воде, и сухопутных взрослых

особей. Сухопутные особи вели исключительно сумеречный

образ жизни. У взрослых особей, живущих в воде, и у личинок

профиль активности был различным - от строго ночного

двувершинного у личинки саламандры до слабой ритмичности с

высоким уровнем активности в светлое время у тритона..

Различия между личинками и взрослыми особями, обитающими в

одной и той же среде, могут частично избавлять личинок от

конкуренции за пищу и от канниб-ма со стороны взрослых особей

Факторы опред-ие форму

Сложные формы колебаний-это рез-т взаим-ия много факторов.

ритмов коры надпочечников, ритмических изменений объема

тканевых жидкостей, в которых он растворен, скорости его

расщепления в печени и выделения почками. Кроме того, на кор-

тизол влияют и внешние факторы: они могут захватывать ритм

(например, циклы свет - темнота) или маскировать его (например,

стресс). Возможно также наложение ритмов с другими

периодами, рассмотрение которых выходит за рамки нашего

обзора. Особо выделяются, например, всплески секреции кор-

тизола, появляющиеся с периодом около 90 мин.

Чтобы стал возможен анализ циркадианной системы ритмов,

нужно найти для описания их сложных профилей какие-то более

простые параметры. Наиболее пригодна для этой цели фаза,

позволяющая судить о положении определенных точек

циклического процесса по отношению к шкале времени,

связанной с внешними факторами. Для животных с ритмами,

захваченными времязадателем с 24-часовым периодом,

используется шкала, связанная с чередованием света и темноты.

Какую же характерную точку каждого цикла следует выбирать в

качестве маркера фазы? Она должна легко определяться и давать

точную привязку всей сложной картины колебаний к внешней

временной шкале. Для гормона роста подошла бы точка

максимума, но для таких сложных кривых, как, например,

профиль концентрации кортизола в плазме крови, или для более

прямоугольных профилей, как у температуры тела, положение

максимума в цикле может очень сильно изменяться. При

изучении млекопитающих нередко использовали момент начала

изучаемой активности, так как его часто легко бывает установить.

При попытке описать сложную форму колебаний широко

применялась также аппроксимация ее синусоидой с тем же

периодом по методу наименьших квадратов; максимум (акрофаза)

этой синусоиды служит затем точкой для определения фазы в

каждом конкретном ритмическом процессе. Но и в этом подходе

есть свои затруднения; если он позволяет удовлетворительно

описать ритм содержания калия в моче, то в случае секреции

гормона роста он явно непригоден.

Наследственные компоненты внутренней временной

упорядоченности

Различные виды и отдельные особи внутри видов имеют свои

характерные фазы, сцепленные с естественным 24-часовым

циклом окружающей среды. Наиболее очевидно разделение

животных на дневных, ночных и сумеречных. Однако при

изучении соотношений между фазами внутренних ритмических

процессов у ночных и дневных животных выявляются

поразительные черты сходства. Максимум содержания

кортикостерои-дов в плазме совладает с началом активности у тех

и других, хотя они находятся почти в противофазе; иными

словами, их внутренняя временная упорядоченность сопоставима,

хотя фазовые соотношения с окружающим миром совершенно

различны.

Наследственные различия во внутренней временной организации

гораздо более тонки. Примером различия во внутренних фазовых

соотношениях может служить то, что изменения температуры

тела у крыс отстают по фазе от ритма вьщеления калия с мочой, а

у саймири - опережают его. Как наследуются фазовые отношения

с времязадателем, так и внутренние фазовые отношения в

известной мере представляют собой наследственную

физиологическую черту.

Следует различать две наследственные особенности ритмов,

влияющие на положение его фаз. Первая особенность - сцепление

ритма с захватывающими циклами, которые таким образом

непосредственно воздействуют на фазу. Мутации, затрагивающие

это сцепление, могут не влиять на собственный период (т)

системы. Были, например, выделены мутанты низших организмов

со сдвинутой фазой, но неизмененным периодом. Второй

генетически определяемый параметр - эндогенный период ритма,

на что указывает существование мутантов с разными периодами.

Разница в периодах между ведомым осциллятором и

захватывающим ритмом (т - Т) для любой данной системы - это

один из факторов, определяющих соотношение фаз, так как

ведомый ритм с более коротким собственным периодом будет

больше склонен к опережению фазы, а с более длинным периодом

— к отставанию. Поэтому фазовые отношения не только между

внутренним и внешним ритмами, но и внутри сопряженной

многоосцилляторной системы зависят от соответствующих

разностей т - Т в каждом звене системы, где происходит

захватывание.

Пластичность фазы

Циркадианные системы проявляют значительную пластичность

положения фазы. Она обусловлена несколькими причинами, из

которых самая тривиальная - это пассивная реакция ритмов на

маскирующие воздействия факторов как внешней, как и

внутренней среды организма. Например, наблюдаемая фаза ритма

температуры тела у человека может измениться под влиянием

горячего душа или, в меньшей степени, при изменении часов

приема пищи. Подобным же образом стресс может приводить к

выбросу больших количеств корти-зола во время, не

соответствующее нормальному циркадиан-ному максимуму.

Такие внешние воздействия могут зависеть от циркадианного

времени, что несколько затрудняет их отделение от

соответствующих эндогенных ритмов. Например, величина

выброса кортикостерона в плазму в ответ на маскирующее

воздействие искусственно вызываемого стресса зависит от

циркадиан-ной фазы. Из-за этих искажений формы колебания

измеряемая фаза будет изменяться от цикла к циклу.

Сила сопряжения

Природа времязадателя. Хотя для большинства позвоночных

главным времязадателем служит цикл смены света и темноты,

было показано, что некоторую роль играют и другие факторы.

Установлено, что звуки, контакты с другими особями и циклы

кормления способны синхронизировать циркадианные ритмы у

различных видов позвоночных.

Различные типы внутренней временной упорядоченности у одних

и тех же животных, синхронизированных либо с циклами света и

темноты, либо с циклами кормления, обусловлены тем, что

световой и пищевой времязадатели, очевидно, сопряжены

с разными участками циркадианной системы. Это различие в

сопряжении будет более подробно рассмотрено ниже.

Контраст в цикле времязадателя. Сила сопряжения зависит также

от контраста между фазами цикла времязадателя. Так, животные в

меньшей степени захватываются циклами света и темноты, если

освещение сравнительно слабое. В этом можно убедиться,

сравнивая, например, скорость смещения фазы ритмов у

животных после сдвига фазы времязадателя. Изменения в силе

сопряжения при изменениях интенсивности сигнала

времязадателя приводят к перестройкам фазовых отношений

между захваченными ритмами и времязадателем. Пластичность

соотношений между ритмами бывает отчасти обусловлена именно

такими изменениями в силе их сопряжения как с циклами

внешних времязадателей, так и с циклами факторов эндокринной

и нервной природы внутри циркадианной системы.

Внутренняя согласованность ритмов

Поддержание стабильных фазовых отношений между различными

ритмическими переменными в самом организме возможно и без

внешнего времязадателя. В среде, где нет эффективной

информации о времени, у животных, тем не менее, сохраняется

взаимная согласованность различных ритмов организма.

Например, у ослепленных крыс свободнотекущие ритмы

концентрации кортикостерона в плазме, активности ацетилсеро-

тонин-метилтрансферазы в эпифизе и количества серотонина

остаются синхронизированными со сменой общей активности и

покоя, по меньшей мере, в течение 60 дней. Подобным же

образом у саймири при постоянном освещении (СС) обычно

наблюдается согласованность между свободнотекущими ритмами

потребления пищи, температуры тела и выделения калия с мочой.

У человека циклы сна и бодрствования, температуры тела и

концентрации кортизола в плазме крови в постоянных условиях

обычно сохраняют свою естественную ритмичность с одинаковым

периодом и постоянными фазовыми отношениями.

Такая внутренняя согласованность циркадианных ритмов,

свободно протекающих в постоянных условиях, наблюдалась в

течение длительного времени. Например, у большинства людей,

помещенных в условия изоляции на месяц или больше, каждый

ритм устойчиво сохранял прежние фазовые отношения с

остальными ритмами на протяжении всего периода наблюдения.

Такие исследования показывают, что существует достаточно

прочное сопряжение между различными циркадианными ритмами

и что для их взаимного захватывания может не требоваться

эффективных внешних сигналов времени.