Kronobiologi

Kronobiologi (av antikgrekiska χρόνος  - "tid") är en gren av biologin som studerar cykliska processer i biologiska system av olika organisationsnivåer. I ryskspråkiga publikationer används också termen biorhythmology [1] .

Kronobiologisk forskning inkluderar (men är inte begränsad till) arbete inom jämförande anatomi, fysiologi, genetik, molekylärbiologi och beteendebiologi [2] . Andra aspekter inkluderar studiet av utveckling, reproduktion, ekologi och evolution av arter.

Forskningens ämne

Sedan kronobiologins födelse har intresset för denna vetenskap inkluderat studiet av de rytmer som har uppstått i levande varelser för att anpassa deras vitala aktivitet till periodiska förändringar i den omgivande geofysiska miljön. Dessa biologiska rytmer brukar kallas circa-rytmer (från latinets  circa "ungefär, ungefär"), de viktigaste bland dem är [3] :238 [4] :

Den största delen av forskningen ägnas åt studier av dygnsrytm [3] :238 .

Kronobiologi är ett av få områden inom biomedicinsk vetenskap som kan göra anspråk på status som exakta vetenskaper . En av särdragen i att bedriva forskning om biologiska rytmer, genererad av universaliteten och mångfalden av de studerade fenomenen, är att det är möjligt att för experiment välja de mest olikartade, ibland olika "modell"-organismer [3] :236-237 . I kronobiologins historia gjordes upptäckter av de forskare som i sina sökningar kombinerade studiet av mänskliga biorytmer med experiment på relativt enkla, kortlivade organismer [3] :241 .

Historik

År 1729 beskrev den franske astronomen Jean-Jacques de Meran den periodiska rörelsen av mimosalöv , en kruka som placerades i ett mörkt skåp i flera dagar. De Meran drog en felaktig (som det visade sig senare) slutsats att mimosan "känner" solen utan att se den [3] :233 .

1832 testade den schweiziska botanikern Decandol de Meurands experiment, men under noggrann kontroll av yttre påverkan som ljus, temperatur och luftfuktighet. Experiment har visat att perioden för rörelsecykeln för mimosblad under konstant belysning var 2 timmar kortare än den dagliga. Dessa resultat bekräftades 1875 av den tyske botanikern Wilhelm Pfeffer , som, på grundval av sina många experiment, föreslog existensen i egna organismer, som inte var beroende av solklockan för att räkna tid på dygnet och dygnets längd. [3] :233-234 .

År 1919 noterade den bengaliska polymaten Jagadish Chandra Bose , i sina publicerade resultat av sin forskning, att rörelseperioden för växtblad i konstant ljus eller i totalt mörker inte är lika med 24 timmar och anpassar sig till detta värde genom den naturliga växlingen av ljus och mörker [3] :234 .

År 1922 beskrev den amerikanske psykobiologen Kurt Richter en dygnsförändring i beteendet hos laboratoriegnagare, och noterade att under konstanta miljöförhållanden behåller aktiviteten hos råttor rytmen, men perioden för rytmen blir kortare än 24 timmar. Senare (1965) slog han fast att denna rytm störs när hypotalamus förstörs [3] :235 .

1935 korsade den tyske biologen Erwin Bünning två bönlinjer som visade perioder på 23 timmar och 26 timmar i konstant mörker och producerade hybridavkommor med ett mellanperiodvärde. År 1958 publicerade Bünning boken Die physiologische Uhr som beskrev de experimentella resultat som erhållits av honom och andra. Boken översattes till andra språk, inklusive ryska under titeln "Rhythms of Physiological Processes (Physiological Clock)" (1961) [3] :234-235 .

Början av bildandet av kronobiologi som en vetenskap är förknippad med ett symposium om den biologiska klockan, som, på initiativ av en av kronobiologins "fäder" - Colin Pittendrich  - hölls av laboratoriet i Cold Spring Harbor år 1960. På symposiet höll många specialister som studerade biologiska rytmer presentationer. Av de cirka 150 deltagarna representerade 31 utlandet [5] . Det viktigaste resultatet av symposiet var utgivningen 1961 av boken "Biologisk klocka", som omfattade alla lästa rapporter och de diskussioner som uppstod om dem. Tre år senare publicerades boken på ryska under redaktion av S. E. Shnol [3] :236 .

Resultatet av perioden för bildandet av den nya vetenskapen var publiceringen i flervolymsmanualen om neurobiologi av volymen "Biologiska rytmer" (rysk översättning gjordes av A.M. Alpatov 1984), redigerad av en annan "far" av kronobiologi - Jürgen Aschoff . 1964, vid sommarskolan som anordnades av Aschoff i Bayern, gjordes ett av de första försöken att förena termer i beskrivningen av biorytmologiska processer och fenomen [3] :236-237 .

1977, på initiativ av en annan "fader" till den nya vetenskapen, som föreslog namnet "kronobiologi", Franz Halberg  - en ordbok med kronobiologiska termer publicerades. Det var Halberg som redan 1959 myntade ordet "dygnsrytm" för att understryka det speciella med sin egen rytmperiod i en levande organism, som inte exakt är lika med 24 timmar. Enligt A. A. Putilov, för brett, enligt många, antogs termen "kronobiologi" istället för till exempel "biorytmologi" av specialister för att de inte skulle identifieras med representanter för den då populära, men antivetenskapliga teorin om " tre biorytmer " [3] :237-238 .

Halberg experimenterade med biologiska rytmer inom området medicin och mänsklig fysiologi, medan Pittendrich föredrog att testa riktigheten av sina teorier och matematiska beräkningar på djur som fruktflugan ( Drosophila ) - det vanligaste forskningsobjektet inom genetikområdet [ 5] .

På 1960-talet genomförde Michel Sifre en serie experiment med många månaders isoleringsfängelse av människor i en grotta utan information om den aktuella tiden ("otid"). Experiment har visat bevarandet av en cirka 24-timmars daglig cykel, följt av en övergång till en 48-timmars. I sitt första experiment (1962) kombinerade Sifre studiet av en underjordisk glaciär med studiet av hur idén om tid skulle förändras under sådana ogynnsamma förhållanden i avsaknad av naturliga och sociala landmärken [6] . Enligt N. A. Gvozdetsky var det möjligt att utforska glaciären i flera steg, utan att utsätta sig för en så lång instängdhet, och liknande resultat av ett fysiologiskt experiment som genomfördes samtidigt kunde erhållas isolerat med bekvämare förhållanden [7] . Därefter fick Cifr stöd och ekonomiskt stöd från regeringen, där de militära och civila avdelningarnas intressen möttes, och lockade andra deltagare att genomföra experiment. 1966, medan han förberedde ett nytt experiment, lyckades han få kontakt med Halberg [6] .

Huvudgrunden för initial kunskap om mänskliga biorytmer var resultaten av hundratals flerdagarsexperiment på långvarig isolering av en person från yttre periodiska influenser, utförda av Aschoff i samarbete med Rütger Wefer i en bunker speciellt skapad för detta ändamål. Under försöken togs dock inte hänsyn till att deltagarna till skillnad från försöksdjuren och växterna fick tända svag belysning vid behov. Därefter insåg man att en sådan "avslappning" kränkte "renheten" i bunkerexperimenten och som ett resultat ledde till en felaktig slutsats om betydande skillnader mellan egenskaperna hos dygnsrytmer hos människor och försöksdjur. Uppfattningen om signifikanta skillnader motbevisades senare inte bara av mer noggrann kontroll av belysningsregimen i mänskliga experiment, utan också under loppet av mycket enkla, men ovanligt massiva internetundersökningar [3] :241 .

Verktyg

I experiment för att studera effekten av olika ljusregimer på den mänskliga biologiska klockan har det så kallade "protokollet för forcerad desynkronisering " nu antagits. Utvecklingen av denna metod började 1939 på initiativ av en av sömnvetenskapens "fäder"  - Nathaniel Kleitman . Metoden vidareutvecklades i verk av amerikanska kronobiologer. I sin moderna form blev det påtvingade desynkroniseringsprotokollet allmänt använt på grund av forskning ledd av Kleitmans student Charles A. Czeisler [3] :242 på 1980-talet .

Ett allmänt använt verktyg inom kronobiologi som kallas fassvarskurvan PRC) tros ha satts i praktiken först av Patricia de Courcy hennes forskningsarbete 1960. Sedan dess har det blivit ett standardverktyg i studiet av biologiska rytmer [8] .

År 2007 kunde Aschoffs student Till Rönneberg tillsammans med Martha Merow och en grupp anställda, med hjälp av den skapade webbsidan, snabbt intervjua tiotusentals tyska invånare om tidpunkten för att gå och lägga sig och få upp på sina lediga dagar från arbete och studier. Det visade sig att inte sociala synkronisatorer, såsom tiden för en given tidszon , utan ögonblicken av naturlig soluppgång och solnedgång fortfarande är de viktigaste signalerna som bestämmer tidpunkten för ändrade tillstånd av sömn och vakenhet. Till exempel ändras denna tid gradvis och ganska förutsägbart i riktningen från den östra gränsen av tidszonen till den västra gränsen, särskilt för invånare i små bosättningar [3] :241-242 .

Andra områden

Kronobiologer studerar ofta samtidigt biologiska processer och fenomen som är fundamentalt olika till innehåll hos arter av levande varelser som är fundamentalt olika när det gäller graden av biologisk organisation. Därför är många områden inom biologi och medicin i viss mån kopplade till kronobiologisk forskning och till viss del beroende av framstegen i dessa studier [3] :236 .

Kronobiologi är ett tvärvetenskapligt forskningsområde. Det interagerar med andra studieområden som kronomedicin, sömnmedicin , endokrinologi , geriatrik , idrottsmedicin , rymdmedicin och fotoperiodism [9] [10] [11] .

Kronomedicin

Detta är en oberoende medicinsk och biologisk riktning, som är baserad på kronobiologi och använder dess data för att förbättra förebyggande, diagnos och behandling av sjukdomar [12] . Kronomedicinens huvuduppgift är att identifiera och korrigera desynkronos som en av de patogenetiska faktorerna i utvecklingen av sjukdomar i nerv- , kardiovaskulära , reproduktiva och endokrina systemen [13] . Avsnitten av kronomedicin inkluderar kronopatologi, kronofarmakologi, kronoterapi, kronodiagnostik och kronoprofylax [12] :

Anteckningar

  1. ↑ BIORHYTHMOLOGY • Stor rysk uppslagsverk - elektronisk version . bigenc.ru . Hämtad: 3 mars 2021.
  2. ↑ Patricia J. DeCoursey, Jay C. Dunlap, Jennifer J. Loros (2003). Kronobiologi. Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-149-1 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Putilov A. A. Kronobiologi och sömn (kapitel 9) // Nationell guide till minne av A. M. Vein och Ya. I. Levin. - M .: Medcongress LLC, 2019. - S. 235-265.
  4. ↑ TSB 3:e uppl. volym 3 . www.bse.uaio.ru. _ Hämtad: 12 mars 2021.
  5. ↑ 1 2 Putilov A. A. Kronobiologins historia  // Kommersant. (27 januari 2021).
  6. ↑ 1 2 Gunswind I. N. Michel Sifr -tidsforskare . pdf.knigi-x.ru . Hämtad: 6 mars 2021.
  7. ↑ Gvozdetsky N. A. Förord ​​// Sifr M. I jordens djup . — M.: Framsteg, 1982.
  8. ↑ Zivkovic, Bora; aka "Coturnix" (2007). "Klockhandledning #3c - Darwin i tid". En blogg dygnet runt. Science Blogs LLC)
  9. ↑ Postolache, Teodor T. Sports Chronobiology, An Issue of Clinics in Sports  Medicine . - Saunders, 2005. - ISBN 978-1416027690 .
  10. ↑ Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd. Ultradian Rhythms in Life Processes: Enquiry into Fundamental Principles of Chronobiology and Psychobiology  (engelska) . — Springer-Verlag Berlin och Heidelberg GmbH & Co. K, 1992. - ISBN 978-3540197461 .
  11. ↑ Hayes, DK Kronobiologi : dess roll i klinisk medicin, allmän biologi och jordbruk  . - John Wiley & Sons , 1990. - ISBN 978-0471568025 .
  12. ↑ 1 2 Kostenko E. V., Manevich T. M., Razumov N. A. Desynchronosis som en av de viktigaste faktorerna i förekomsten och utvecklingen av cerebrovaskulära sjukdomar . — 2013.
  13. ↑ Zaripov A. A., Yanovich K. V., Potapov R. V., Kornilova A. A. Moderna idéer om desynkronos // Moderna problem med vetenskap och utbildning. - 2015. - Nr 3.
  14. ↑ Patlina T.V. Kronomedicin, typer av desynkronos / Tyumen State Medical University vid Ryska federationens hälsoministerium. — 2018.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger